على المسرح الكبير لمعالجة مياه الصرف الصحي، أكسدة المحفز للأوزون هي "لاعب نجوم". اليوم، دعونا نتحدث عن نوع من الإلهية هو، ما هي نقاط قوته،وما هو الاتجاه الذي سيتطور فيه في المستقبل.
1تصنيف المواد المثيرة للكاتاليزم للأوزون
ببساطة، يمكن تقسيم أكسدة المحفز للأوزون إلى فئتين: المحفزات المتجانسة والحفزات غير المتجانسة.
دعونا نتحدث عن المحفزات المتجانسة أولاً. فهي تستخدم بشكل رئيسي تأثير تحفيزي لأيونات المعادن في المحلول، مثل أيونات المنغنيز، أيونات الحديد، أيونات الكوبالت، الخ.يمكن لهذه الأيونات المعدنية تسريع تحلل الأوزون وتوليد الجذور الهيدروكسيلية ذات الخصائص الأكسدة القويةلكن لديها مشكلة كبيرة، وهي صعوبة استعادة أيونات المعادن، والتي تحد من الترويج والاستخدام على نطاق واسع.
تتكون المحفزات المتباينة أساسًا من المعادن الصلبة أو أكسيدات المعادن أو المعادن أو أكسيدات المعادن المدعومة على ناقل. تشمل أكسيدات المعادن الشائعة أكسيد الألومنيوم وثاني أكسيد التيتانيومثاني أكسيد المنغنيز، وما إلى ذلك؛ يتم تحميل مواد نوع الحمل مثل النحاس والتيتانيوم على ناقلات مثل الألومينا وثاني أكسيد التيتانيوم. يمكن فصل المحفزات غير المتجانسة بسهولة من الماء ،مع تلوث ثانوي أقل وعملية معالجة بسيطة، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في الهندسة في الوقت الحاضر.
2مكونات مادة أكسدة محفزة للأوزون
يختلف أيضاً تكوين أنواع مختلفة من أكسدة الأوزون التحفيزية. في المحفزات غير المتجانسة، تشمل الناقلات المستخدمة عادةً الكربون المنشط، الألومينا، ثاني أكسيد التيتانيوم، إلخ.الكربون المنشط ليس فقط لديه قدرة قوية على الامتصاص، ولكن لديها أيضا قدرة تحفيزية معينة. أكسيد الألومنيوم لديه استقرار جيد وقوة ميكانيكية عالية.أثبتت ثاني أكسيد التيتانيوم أداءً جيدًا في كل من التأكسيد الكاتاليتي الضوئي وتأكسيد الأوزون الكاتاليتيالمكونات الفعالة هي عادة المعادن الانتقالية وأكسيداتها، مثل النحاس، المنغنيز، الكوبالت، الحديد، الخ.هذه المعادن وأكسيداتها يمكن أن تحفز بشكل فعال تحلل الأوزون وتحسين كفاءة الأكسدة.
3مبدأ رد فعل أكسدة الأوزون التحفيزية
الأوزون نفسه له خصائص أكسدة قوية ، مع إمكانات التكسير الاحتياطي 2.07 eV. تنقسم عملية الأكسدة إلى أكسدة مباشرة وأكسدة غير مباشرة.الأكسدة المباشرة تشير إلى التفاعل بين جزيئات الأوزون والمواد الملوثة مباشرةالأكسدة غير المباشرة هي تفكك الأوزون لإنتاج الجذور الهيدروكسيلية، والتي تتفاعل بعد ذلك مع الملوثات.
في نظام الأوكسدة التحفيزية للأوزون، يزيد إضافة المحفز من هذه العملية إلى حد كبير. تتكون عملية الأوكسدة التحفيزية غير المتجانسة بشكل عام من ثلاث خطوات:الخطوة الأولى هي أن الأوزون يذوب في المرحلة السائلة، يتم امتصاصها وتفعيلها من قبل المحفز ، وتوليد الجذور الهيدروكسيلية. الخطوة الثانية هي أن المحفز يمتص الملوثات العضوية على السطح ، وتشكيل الكيلات السطحية.الخطوة الثالثة هي تفاعل الأكسدة بين الجذور الهيدروكسيلية والخلايا السطحية، والتي تحلل الملوثات العضوية.
على سبيل المثال، عند معالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على مركبات عضوية، يولد الأوزون عددًا كبيرًا من الجذور الهيدروكسيلية تحت تأثير المحفزات.يهاجم الجزيئات العضوية ويحلل المركبات العضوية الكبيرة إلى جزيئات صغيرة، وحتى أكسدة مباشرة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.
4، فعالية استخدام أكسدة المحفز للأوزون
1تحسين قابلية مياه الصرف الصحي للتحلل الحيوي: بالنسبة للمركبات العضوية الصعبة للتحلل، يمكن لمواد أكسدة المحفزة للأوزون كسر بعض جزيئاتها الدورية أو طويلة السلسلة إلى جزيئات صغيرة.مما يجعل العلاج الكيميائي الحيوي التالي أكثر ملاءمةعلى سبيل المثال، في معالجة مياه الصرف الصحي الطباعة والتصبغ،الجزيئات الكبيرة للصبغة التي كان من الصعب تدهورها في الأصل تصبح تتحلل بسهولة من قبل الكائنات الدقيقة بعد الأوكسدة المحفزة للأوزون، مما يحسن بشكل كبير من قابليتها للتحلل الحيوي.
2يقلل من تركيز الملوثات: يمكن أن يكسد مباشرة المواد العضوية القابلة للتحلل بسهولة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء،الحد الفعال للمؤشرات مثل الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) والكربون العضوي الكلي (TOC) في مياه الصرف الصحيتظهر البيانات أنه عند معالجة بعض مياه الصرف الصناعي، يمكن استخدام أكسدة المحفز للأوزون تحقيق معدلات إزالة COD أكثر من 60٪.
3إزالة اللون و إزالة الروائح: فهي فعالة أيضاً في مياه الصرف الصحي ذات اللون و الرائحة. مثل السائل المسال من القمامة ، فهي سوداء و رائحة. بعد معالجة الأوزون الكاتاليةلونه ورائحته تتحسن بشكل ملحوظ.
5اتجاه التنمية المستقبلية لمواد أكسدة محفزة للأوزون
1- تطوير محفزات عالية الأداء: في المستقبل، سيتم بذل الجهود لتحسين نشاط المحفزات واستقرارها وانتقائها.باستخدام تكنولوجيا النانو لإعداد محفزات على نطاق نانوي، زيادة مساحة السطح المحددة وتحسين النشاط التحفيزي ؛ أو تطوير محفزات مركبة تجمع بين العديد من المكونات النشطة معًا لتحقيق تأثيرات تآزرية.
2توسيع مجالات التطبيق: بالإضافة إلى معالجة مياه الصرف الصحي، سيكون هناك أيضا المزيد من الاستكشاف في مجالات مثل تنقية مياه الشرب وتطهير الهواء.إزالة آثار الملوثات العضوية من مياه الشرب وتطهير الهواء الملوث بالأوزون.
3.المزج مع التقنيات الأخرى: المزج مع تكنولوجيا المعالجة البيولوجية، وتكنولوجيا فصل الغشاء، وما إلى ذلك لزيادة تحسين كفاءة المعالجة وخفض التكاليف.يمكن أن يستخدم مزيج أكسدة الأوزون التحفيزية والمرشح البيولوجي المضغوط (BAF) أولاً أكسدة الأوزون التحفيزية لتفكيك المواد العضوية العنيفة، ومن ثم استخدام BAF للمعالجة البيولوجية ، والتي يمكن أن تحقق تأثير تصفية أفضل للمياه.
