تكنولوجيا الأوزون التحفيزي لمعالجة المياه ملخص لثلاثة محفزات شائعة الاستخدام

تقنية الأكسدة الحفزية للأوزون هي تقنية أكسدة متقدمة تعتمد على الأوزون، والتي تجمع بين خاصية الأكسدة القوية للأوزون وخاصية الامتزاز والتحفيز للمحفز، ويمكن أن تحل مشكلة التدهور غير الكامل للمادة العضوية بشكل أكثر فعالية.

تنقسم تقنية الأكسدة الحفزية للأوزون إلى تقنية الأكسدة الحفزية للأوزون المتجانسة وتقنية الأكسدة الحفزية للأوزون متعددة المراحل وفقًا لحالة الطور للمحفز. في تكنولوجيا الأكسدة الحفزية للأوزون المتجانسة، يتم توزيع المحفز بشكل موحد وله نشاط حفاز عالي، وآلية العمل واضحة وسهلة الدراسة والفهم. ومع ذلك، فإن عيوبه واضحة أيضًا، حيث أن المحفز قابل للامتزاج بالماء، مما يؤدي إلى فقدانه بسهولة، وليس من السهل استرداده وإنتاج تلوث ثانوي، وارتفاع تكاليف التشغيل، وزيادة تكلفة معالجة المياه. تقنية الأكسدة الحفزية للأوزون متعددة المراحل باستخدام محفزات صلبة عند الضغط الجوي لتسريع تفاعل الأكسدة للطور السائل (أو الطور الغازي)، المحفز موجود في الحالة الصلبة، سهل فصله عن الماء، أقل تلوث ثانوي، وتبسيط المعالجة العملية التي تحظى باهتمام واسع النطاق بشكل متزايد.

بالنسبة لتكنولوجيا تكنولوجيا الأكسدة الحفزية للأوزون، فإن اختيار المحفزات الصلبة هو المفتاح لفعالية الأكسدة الفعالة للتكنولوجيا. لقد وجد أن المحفزات متعددة الأطوار لها ثلاثة أدوار رئيسية:

أولاً، امتصاص المواد العضوية، بالنسبة لتلك المحفزات ذات قدرة امتصاص كبيرة نسبيًا، عندما يتلامس الماء مع المحفز، يتم امتصاص المادة العضوية الموجودة في الماء أولاً على سطح هذه المحفزات، مما يشكل مخلبيات سطحية ذات تقارب، مما يؤدي إلى أكسدة الأوزون أكثر كفاءة.

ثانيًا، التنشيط الحفاز لجزيئات الأوزون، هذا النوع من المحفز له نشاط حفاز عالي الكفاءة، ويمكنه التنشيط التحفيزي لجزيئات الأوزون بشكل فعال، ومن السهل أن تتحلل جزيئات الأوزون في دور هذا النوع من المحفز وتنتج مثل جذور الهيدروكسيل وغيرها من الأكسدة العالية الجذور، وبالتالي تحسين كفاءة أكسدة الأوزون.

ثالثًا، تآزر الامتزاز والتنشيط، هذا النوع من المحفز لا يمكنه امتصاص الملوثات العضوية في الماء بكفاءة فحسب، بل يمكنه أيضًا تحفيز تنشيط جزيئات الأوزون، وتوليد جذور حرة شديدة الأكسدة، على سطح هذا النوع من المحفز، وامتزاز المواد العضوية. يمكن أن يؤدي تآزر تنشيط الملوثات والمؤكسدات إلى تحقيق تأثير أفضل لأكسدة الأوزون الحفاز.

المحفزات المستخدمة في تكنولوجيا الأكسدة الحفزية للأوزون متعددة المراحل هي بشكل أساسي أكاسيد فلزية (Al2O3، TiO2، MnO2، إلخ)، وأكاسيد معدنية أو فلزية محملة على الناقل (CuTiO2، CuAl2O3، TiO2AlO3، إلخ) ومواد مسام ذات مساحة سطحية كبيرة محددة. . يتميز النشاط التحفيزي لهذه المحفزات بشكل أساسي بالتحلل التحفيزي للأوزون وتعزيز جذور الهيدروكسيل. تعتمد كفاءة عملية الأكسدة الحفزية للأوزون بشكل أساسي على المحفز وخصائص سطحه، ودرجة الحموضة للمحلول، والتي يمكن أن تؤثر على طبيعة المواقع النشطة على سطح المحفز وتفاعل تحلل الأوزون في المحلول.

1. المحفزات المعدنية (المحملة) المعدة بطريقة معينة يمكن أن تحفز تحلل الأوزون في الماء وتنتج جذور حرة ذات خصائص مؤكسدة قوية جدًا، وبالتالي تحسين تأثير التحلل بشكل كبير على المواد العضوية المستقرة للغاية في الماء. يمكن استخدام العديد من المعادن لتحفيز عملية أكسدة الأوزون، مثل التيتانيوم والنحاس والزنك والحديد والنيكل والمنغنيز وما إلى ذلك.

2. أكاسيد المعادن أكاسيد المعادن يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على الاختيار العقلاني لآلية التفاعل الحفاز وكفاءته. بشكل عام، مجموعة الهيدروكسيل الموجودة على سطح أكاسيد المعادن هي الموقع النشط للتفاعل التحفيزي، الذي يمتص الأنيونات والكاتيونات من الماء عن طريق إطلاق البروتونات ومجموعات الهيدروكسيل في الماء ويخضع لتفاعل التبادل الأيوني، مما يؤدي إلى تكوين برونستيد الموقع الحمضي، والذي يعتبر عادةً المركز التحفيزي لأكاسيد المعادن. يتم وصف العديد من محفزات أكسيد الفلز، مثل TiO2، وAl2O3، وMnO2، والتي تمت دراستها على نطاق واسع، بالتفصيل أدناه.

(1). يستخدم ثاني أكسيد التيتانيوم TiO2TiO2 بشكل عام كتفاعل تحفيزي ضوئي، ولكنه فعال أيضًا في أكسدة المواد العضوية في الماء المحفزة بالأوزون، إما كمحفز لتفاعل الأوزون وحده أو كمحفز مساعد للأوزون مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية. وآخرون. دراسة تأثير الأوزون التحفيزي لتحلل حمض الأكساليك باستخدام مسحوق TiO2 كمحفز. بالمقارنة مع نظام أكسدة الأوزون وحده، تم تحسين معدل الإزالة ودرجة تمعدن حمض الأكساليك عن طريق الأوزون التحفيزي متعدد المراحل بشكل كبير.

(2). تُستخدم الألومينا Al2O3Al2O3 عادة كحامل للمحفزات، ولكن وجد بعض الباحثين أن لديها أيضًا بعض القدرة على تحفيز عملية الأوزون. وأظهر ني وتشين أن وجود y-Al2O3 زاد من إزالة الكربون العضوي لـ 2-كلوروفينول من 21% إلى 21%. 43% مع أكسدة الأوزون وحدها، وكان استنفاد الأوزون نصف ذلك فقط مع الأوزون وحده. لم يكن هناك تغيير كبير في تأثير الإزالة بعد ثلاثة استخدامات متتالية للمحفز.

(3). ثاني أكسيد المنغنيز MnO2 من بين جميع أكاسيد المعادن الانتقالية، يعتبر MnO2 يُظهر أفضل نشاط تحفيزي ويمكن أن يحفز بشكل فعال تدهور أكبر عدد من الأنواع العضوية. في السنوات الأخيرة، أتاح ظهور المواد النانوية فرصًا جديدة لتطوير مواد حفازة جديدة وفعالة للأوزون، كما أدى استخدام المواد النانوية إلى تحسين الكفاءة التحفيزية للعوامل الحفازة مقارنة بمحفزات الطور السائب التقليدية. تم الإبلاغ عن دراسة المواد النانوية لأكسيد الفلز الانتقالي للتطبيقات الحفزية في العديد من الأدبيات. في الأوزون التحفيزي، تستخدم بعض المحفزات النانوية مع أكاسيد فلزات انتقالية كمكونات نشطة، مثل CO3O4، Fe2O.

3. حقق TiO ZnO وما إلى ذلك تأثيرًا تحفيزيًا أفضل.3 الكربون المنشط الكربون المنشط عبارة عن مادة كربونية تتكون من خليط من الأجزاء البلورية وغير البلورية الصغيرة، ويحتوي سطح الكربون المنشط على عدد كبير من المجموعات الحمضية أو الأساسية ووجود هذه المجموعات الحمضية أو الأساسية، وخاصة الهيدروكسيل والهيدروكسيل الفينولي، يجعل الكربون المنشط ليس فقط قدرة على الامتزاز ولكن أيضا القدرة التحفيزية. أثناء عملية التآزر بين الأوزون والكربون المنشط، يتم تسريع الأوزون إلى جذور الهيدروكسيل عن طريق امتصاص الكربون المنشط، وبالتالي تحسين كفاءة الأكسدة. الفرق بين الكربون المنشط كمحفز وأكسيد المعدن كمحفز للأوزون الحفزي هو آلية التحلل المختلفة للأوزون: تلعب قاعدة لويس الموجودة على سطح الكربون المنشط الدور الرئيسي؛ في حين أن حمض لويس الموجود على سطح أكسيد الفلز هو النقطة النشطة في العملية التحفيزية. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للنظام الحفاز للكربون المنشط، تلعب خاصية الامتزاز لسطح الكربون المنشط دورًا أكبر، وبالتالي فإن كفاءة تحلل الأوزون تتأثر بشكل كبير بحموضة وقلوية الوسط. يوجد حاليًا عدد كبير من المؤلفات التي تصف آلية تكنولوجيا الأكسدة المحفزة بالأوزون متعددة المراحل. يتم التعرف بشكل عام على ثلاث آليات محتملة:

(1). من المعتقد أن المادة العضوية يتم امتصاصها كيميائيًا على سطح المحفز، لتشكل مخلبات سطحية مع بعض النزعة النووية، والتي تخضع بعد ذلك لجذور الأوزون أو الهيدروكسيل لتفاعل أكسدة، وتشكل مواد وسيطة يمكن أكسدتها بشكل أكبر على السطح، أو قد يتم امتصاصها في المحلول. ليتم أكسدتها بشكل أكبر، كما هو مبين في الشكل 1. يميل نظام الأكسدة الحفزي لبعض المحفزات ذات قدرة الامتزاز الكبيرة نسبيًا إلى اتبع هذه الآلية.

(2). لا يمتص المحفز المادة العضوية فحسب، بل يتفاعل أيضًا بشكل مباشر مع الأوزون في تفاعل الأكسدة والاختزال، مما ينتج معادن الحالة المؤكسدة وجذور الهيدروكسيل التي يمكنها أكسدة المواد العضوية مباشرة، كما هو موضح في الشكل 2.

(3). تعمل المحفزات على تحفيز تحلل الأوزون لإنتاج مادة مؤكسدة أكثر تفاعلية، والتي تتفاعل مع الجزيئات العضوية غير الممتزة كيميائيًا.