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膜接触电催化臭氧氧化工艺构建
来源:www.mbcfitness.com 发布时间:2023-04-11 浏览次数:

膜接触电催化臭氧氧化工艺构建
        膜接触臭氧氧化 (MCO) 工艺以疏水膜为臭氧提供丰富的气液接触界面,具有较高臭氧传质效率。然而,MCO 工艺以臭氧直接氧化为主,对废水中有机污染物的去除有较强的选择性,氧化能力有待提高。通过电催化疏水膜 将 MCO 工艺与电化学技术相结合,构建了新型的膜接触电催化臭氧氧 化 (ECMCO) 工艺。
        ECMCO 工艺以高级氧化过程为主,对水中硝基苯的去除效率明显增强,同步提高了臭氧传质效率和体系的氧化能力。ECMCO 工艺对酒厂废水的生化出水进行深度处理后,水中 COD 降至 50 mg·L−1 以下,色度完全脱除,总运行能耗明显低于 MCO 和 MCO+H2O2 工艺。针对臭氧工艺在水处理应用中传质效率低、矿化能力差、运行能耗高的问题,ECMCO 技术提供了可行的解决方案,有较好的研究价值和应用前景。
        打开电源,关闭臭氧发生器,此时气室内为纯氧气,考察电解作用对硝基苯的去除效果;关闭电源,打开臭氧发生器,此时气室内为氧气和臭氧的混合气体,设定臭氧浓度 40 mg·L−1,考察MCO 工艺对硝基苯的去除效果;同时打开电源和臭氧发生器,考察 ECMCO 工艺对硝基苯的去除效果。ECMCO、MCO 和电解过程对硝基苯的去除率分别为 82.7%、35.6% 和 26.5%(见图 1)。
      硝基苯与臭氧反应速率较慢,反应速率常数仅为 (0.09 ± 0.02) L·(mol·s)−1[15],故臭氧直接氧化对硝基苯的去除效果不佳,MCO 工艺对硝基苯去除率较低。电解过程对硝基苯的去除主要为阳极氧化作用,去除率更低。而 ECMCO 工艺对硝基苯的去除率明显提高,并且超过 MCO 和电解两者对硝基苯去除率之和,这说明 ECMCO 工艺处理功效并不是 MCO 与电解工艺的简单叠加。
 
        考察了 ECMCO 工艺体系中 H2O2 的变化情况,结果如图 2 所示。
当气室中通入氮气时,液相中 H2O2 含量非常少;当气室中通入氧气时,液相中 H2O2 浓度急剧升高,可达 24.4 mg·L−1。这说明气室中的氧气通过疏水层扩散至电催化层,并以 2 电子途径还原为 H2O2(式 (1))。当气室中通入氧气和臭氧的混合气体时,液相中 H2O2 含量明显下降,并且 H2O2 浓度随臭氧浓度升高而降低。这说明臭氧已通过电催化疏水膜的疏水层扩散进入液相,并在电催化层内消耗了大量的 H2O2。此外,实验还通过 ESR 检测到了ECMCO 体系中·OH 的存在 (见图 3)。
      以上结果表明,ECMCO 工艺中氧气和臭氧已通过电催化疏水膜的疏水层扩散进入电催化层,氧气得电子原位生成 H2O2,H2O2 催化臭氧分解产生·OH。·OH 与硝基苯反应速率较快,反应速率常 数 为 2.2 × 108 L·(mol·s)−1[15], 因 此 ECMCCO工艺对硝基苯的去除效果明显提升。