Industry Applications
·
高級氧化技術(Advanced Oxidation Processes, AOPs)是處理難降解有機污染物的有效解決方案。
AOPs的核心在于產生具有極強氧化能力的羥基自由基(OH)或其他活性自由基,能夠無選擇性地降解有機污染物,將其礦化為CO2、H2O無機小分子物質。
紫外線高級氧化工藝(Ultraviolet Advanced Oxidation Processes, UV-AOPs)結合紫外光與氧化劑(如過氧化氫H2O2、臭氧O3)或光催化劑(如二氧化鈦TiO2) 產生高活性自由基,進而氧化降解水中有機污染物。
羥基自由基(OH) 是大多數UV-AOPs中主要的活性氧化物種,它是一種極強的氧化劑,其標準氧化還原電位高達2.80V(相對于標準氫電極),僅次于氟。
·OH具有高度的反應活性和非選擇性,能夠迅速攻擊幾乎所有類型的有機污染物分子結構中的C-H鍵、C=C雙鍵、芳香環等。
·OH的產生途徑多樣, 在UV/H2O2工藝中,H2O2在紫外光照射下均裂產生·OH。
在UV/O3工藝中,O3光解可產生H2O2,H2O2再光解生成·OH,同時O3分解本身也能在特定條件下產生·OH;
紫外光在UV-AOPs中扮演多重角色:
1.直接光解有機物:對于某些具有特定化學結構(如含有不飽和鍵或特定發色團)的有機污染物,特定波長的紫外光可以直接使其分子鍵斷裂,發生光解反應。
2.活化氧化劑:這是UV-AOPs中最主要的作用,紫外光子能夠被氧化劑分子(如H2O2、O3)吸收,提供足夠的能量使其分解產生·OH或其他活性自由基。
污染物降解途徑,是通過產生的·OH等自由基與有機污染物發生的如下反應:
·氫提取(H-abstraction):OH從有機物分子中奪取氫原子,形成有機自由基,該自由基可進一步氧化。
·親電加成(Electrophilic addition):·OH加成到有機物分子中的不飽和鍵(如C=C、C=C)或芳香環上,形成加成產物自由基。
·電子轉移(Electron transfer):·OH從有機物分子中奪取電子,使有機物被氧化。
這些初步反應生成的有機自由基或中間產物通常不穩定,會繼續發生斷鏈、開環、氧化等反應,逐步降解為分子量更小、毒性更低的中間產物,最終理想狀態下可被完全礦化為CO2、H2O和無機酸等簡單無機物。
UV-AOPs的處理效果受到多種因素的綜合影響:
·紫外光源特性
·氧化劑種類與濃度
·水質條件
·目標污染物特性
·反應器設計
·UV/過硫酸鹽(PS/PDS)工藝:過硫酸鹽包括過一硫酸氫鉀鹽復合鹽(PMS,主要活性成分為HSOs-)和過二硫酸鹽(PDS, S2O82-) 。它們在紫外光(通常254nm或更短波長)活化下,能有效產生強氧化性的硫酸根自由基(SO4-,E0=2.5-3.1V)和羥基自由基(OH)。
·UV/氯工藝:該工藝利用紫外光照射含氯消毒劑(如游離氯HOCI/OCI-或結合氯如一氯胺NH2CI) 來產生·OH和活性氯自由基(RCS,如CI,Cl2-),這些自由基協同作用,降解有機污染物。
紫外線高級氧化工藝(UV-AOPs) 憑借其高效降解難降解有機物、減少消毒副產物、提高水質安全性等優勢,在飲用水深度處理、工業廢水治理和市政污水再生回用,新興污染物(ECs) 治理等領域得到了越來越廣泛的應用。