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2022-09-26    来源:http://www.o3test.com/   浏览量:    

前不久,听了一教授关于活性物种评估方法的学术报告,受益不少,强化了我对催化臭氧化工艺的两个认识:•OH是主导有机物氧化的主要活性物种;催化臭氧化过程中多种活性物种相互转化,其过程相当复杂。但催化臭氧化工程应用,缺乏基础研究有力支撑;基础与应用研究链接不够紧密,目前仍各唱各戏。


同林配图

1、关于臭氧催化剂“作用域”及•OH反应动力学

学术界基本共识:•OH寿命仅约10 ns;那么,臭氧催化剂作用域就很小。我曾在多种场合强调这一问题,并尝试从有机物分子(而不是•OH)热运动角度估算距离大小,但仍未取得可靠结论。显然,这一问题不仅对工程实践、甚至对实验研究都关系重大。早在2018年我们申请铁基催化剂单元化填料时就明确阐述了催化剂“作用域”概念,可惜至目前仍未得到学术界和工程界的关注。 很近,文献中阅读到类芬顿反应“限域强化”的概念,视角确实相近,很受鼓舞。

学术界很重视•OH反应动力学,但指导实践尚远,且并非易事。常规化学反应动力学研究,反应物在反应前都是稳态物质,而•OH非也;•OH浓度应是单位时间单位体积产生量(这易估算)与其存活时间的乘积,其浓度非常小。若•OH浓度都测不准,我就不理解二级反应动力学常数是如何测定的?除了二级反应动力学模型,是否可以采纳更合理的基元反应模型?

2、关于活性物种及有机物的臭氧化

多种活性物种相互转化,大家都有概念,特别是催化臭氧化过程中•OHO2几乎相互伴随,故弄清这种转化历程对工程实践意义不大。但有机物臭氧化过程也有活性物种产生,反应的中间产物有机物会影响反应物降解速率(见4月份推送消息);且有机物与自由基的反应一般为链式反应,产生的有机物自由基在后续反应中扮演重要角色,其持续降解过程尤为重要,关系到工艺中CODTOC值的降低。因此,高级氧化过程中有机物反应的“敛散性”问题,对指导工程实践意义较大,但目前这种研究文献尚少。

3、臭氧溶解、扩散与催化过程及反应器优化

可能受物理化学界研究气态臭氧分解观点的影响,我对“过渡金属(羟基)氧化物是催化臭氧分解的催化剂”概念较深,不太认同活性炭(包括碳纳米管等)是催化剂(当然不是说它没用,另论)。应注意:气相臭氧与液相臭氧在催化剂表面分解形成的活性物种是不同的,很多文献认为前者并不产生•OH,而是O2。若这样,臭氧溶解过程对高级氧化机制影响很大。尽管文献和实践均证明:臭氧溶解速率很快,反应器尾气残余臭氧不成问题;但由此突出了液相臭氧的扩散问题。只有溶解、扩散两过程动力学问题得出量化结果,才能对反应器中催化剂空间布置及气液流向进行优化设计, 很大限度地提高•OH生成率,这是我们课题组正在开展的应用研究。但关于气相与液相臭氧在催化剂表面行为及对高级氧化的影响、臭氧溶解机理机制(气、液相分子形态,物理、化学溶解性质等),作为催化臭氧化的基础研究仍很必要。
    文章来源:马鲁铭 铁基催化剂催化臭氧 公众号


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