【摘要】： 嗅味問(wèn)題(taste and odor problem)是飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域面臨的全球性問(wèn)題。水庫(kù)水和湖泊水的富營(yíng)養(yǎng)化使得此類水為水源的飲用水嗅味問(wèn)題尤為突出。常規(guī)的飲用水處理技術(shù)在解決水體嗅味問(wèn)題方面能力十分有限。目前國(guó)內(nèi)外雖然已經(jīng)采取一些強(qiáng)化去除技術(shù)解決飲用水中嗅味問(wèn)題,但這些技術(shù)均存在一定問(wèn)題,如強(qiáng)化去除能力微弱,氧化劑剩余問(wèn)題和工藝造價(jià)問(wèn)題等。因此開發(fā)新型的飲用水深度處理技術(shù),解決飲用水嗅味問(wèn)題是十分必要的。 本文在深入分析臭氧氧化技術(shù)在解決水體嗅味問(wèn)題方面存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上,采用γ-Al2O3催化臭氧氧化技術(shù)去除水體中嗅味物質(zhì)2-甲基異莰醇(2-Methylisoborneol, MIB);為了探求鋁氧化物在催化臭氧氧化過(guò)程中的催化機(jī)理,以典型鋁氧化物(γ-AlOOH,γ-Al2O3,α-Al2O3)為例,研究了鋁氧化物催化臭氧分解規(guī)律;采用不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的嗅味物質(zhì)為目標(biāo)物,討論了鋁氧化物催化臭氧氧化嗅味物質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理;采用天然鋁礬土為原料,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單熱處理過(guò)程,制備出具備去除不同化學(xué)結(jié)構(gòu)嗅味物質(zhì)能力的高效催化劑。 首先以典型嗅味物質(zhì)MIB為代表,研究了臭氧氧化技術(shù)對(duì)MIB的降解能力和氧化機(jī)理,并深入分析臭氧氧化技術(shù)在去除水體嗅味方面存在的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)溶液pH和羥基自由基抑制劑對(duì)MIB氧化過(guò)程的影響,提出在臭氧氧化MIB的過(guò)程中(中性條件下),分子臭氧和羥基自由基起到協(xié)同氧化作用。通過(guò)對(duì)氧化后樣品進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,提出d-樟腦是臭氧氧化MIB過(guò)程中的主要中間產(chǎn)物,推測(cè)出臭氧氧化MIB的降解途徑。根據(jù)對(duì)臭氧氧化MIB效能和機(jī)理的研究結(jié)果,認(rèn)為常規(guī)臭氧投量下,臭氧氧化技術(shù)不能徹底解決水體嗅味問(wèn)題。 以典型嗅味物質(zhì)MIB為代表,深入研究了γ-Al2O3催化臭氧氧化MIB的降解效能和機(jī)理,考察γ-Al2O3催化臭氧氧化技術(shù)解決水體嗅味問(wèn)題的能力。γ-Al2O3的加入顯著強(qiáng)化了臭氧對(duì)MIB的氧化能力。通過(guò)自由基抑制實(shí)驗(yàn)和ESR分析,證明羥基自由基是γ-Al2O3催化臭氧氧化過(guò)程產(chǎn)生的重要活性物種,并對(duì)催化臭氧氧化過(guò)程中羥基自由基產(chǎn)率進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)研究溶液pH值和絡(luò)合性陰離子對(duì)γ-Al2O3催化臭氧氧化MIB能力的影響,證明附著在γ-Al2O3表面的羥基是催化臭氧氧化MIB反應(yīng)中的活性位。 為了探求鋁氧化物在催化臭氧氧化過(guò)程中的催化機(jī)理,以典型鋁氧化物(γ-AlOOH,γ-Al2O3,α-Al2O3)為例,研究了典型鋁氧化物催化臭氧分解的規(guī)律,針對(duì)鋁氧化物催化臭氧分解機(jī)理進(jìn)行探討。鋁氧化物均可以強(qiáng)化臭氧分解。以羥基自由基抑制實(shí)驗(yàn)和羥基自由基產(chǎn)率為表示方法,證明了鋁氧化物可以催化臭氧分解,并可以提高羥基自由基產(chǎn)率。根據(jù)溶液pH值和絡(luò)合性無(wú)機(jī)陰離子對(duì)鋁氧化物催化臭氧分解能力的影響,證明表面羥基是催化臭氧分解反應(yīng)的活性位。同時(shí)鋁氧化物表面的Br?nsted酸性同其催化臭氧分解能力密切相關(guān)。 將典型鋁氧化物應(yīng)用于去除嗅味物質(zhì)MIB和2,4,6-三氯苯甲醚(2,4,6-Trichloroaminsole, TCA)的過(guò)程中,探討不同結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的鋁氧化物在催化臭氧氧化過(guò)程中的作用和行為。通過(guò)對(duì)催化臭氧氧化過(guò)程中氧化劑貢獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)算可知,在催化臭氧氧化MIB過(guò)程中,具有最高催化活性的γ-Al2O3主要以·OH氧化反應(yīng)為主;催化活性最弱的γ-AlOOH,是以分子臭氧為主的氧化過(guò)程。在三種鋁氧化物催化臭氧氧化TCA的過(guò)程中,主要以·OH的氧化過(guò)程為主。通過(guò)研究溶液pH值對(duì)催化反應(yīng)的影響,證明了表面羥基是催化臭氧氧化有機(jī)物的表面活性位。通過(guò)研究鋁氧化物對(duì)MIB和TCA的吸附作用,得出通過(guò)與表面羥基的作用,MIB吸附在鋁氧化物表面,而TCA是物理性的吸附在氧化物表面。由于表面羥基既是γ-AlOOH吸附MIB的吸附位,同時(shí)也是催化臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基的活性位,推測(cè)MIB在γ-AlOOH表面的吸附,抑制了γ-AlOOH催化臭氧分解產(chǎn)生·OH的能力。根據(jù)鋁氧化物表面性質(zhì)和有機(jī)物在其表面吸附行為在催化反應(yīng)中的作用,提出鋁氧化物催化臭氧氧化MIB和TCA的催化反應(yīng)途徑。 采用廉價(jià)的天然鋁礬土為原料,進(jìn)行簡(jiǎn)單的熱處理,制備了其具有γ-AlOOH和γ-Al2O3雙重的表面性質(zhì)的催化劑。在催化臭氧氧化不同結(jié)構(gòu)的嗅味物質(zhì)過(guò)程中均表現(xiàn)出顯著的催化活性。通過(guò)自由基抑制實(shí)驗(yàn)和羥基自由基產(chǎn)率的計(jì)算,證明熱處理后的鋁礬土可以促進(jìn)臭氧分解,提高羥基自由基產(chǎn)率。
【圖文】：

飲用水嗅味輪狀圖

圖 1-2Al2O3催化臭氧氧化機(jī)理推測(cè)Fig. 1-2 Mechanism presume of Al2O3catalyzed oz催化臭氧氧化技術(shù)研究方面存在的屬氧化物催化臭氧氧化技術(shù)是一種行之有
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2594026