如何提高臭氧的氧化性
臭氧是一種清潔、高效、安全的強氧化劑，在水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，臭氧氣體在水溶液中的溶解度低、穩(wěn)定性差，因此，臭氧在工藝中的利用效率普遍不高。另外，臭氧對水中難降解有機物的去除效果較差，而?OH卻幾乎可以降解全部有機污染物。因此，為了降低處理成本、提高臭氧利用效率，研究者采用一系列強化技術(shù)來促進O?，轉(zhuǎn)化為·OH。
OH¯、H?O?、Fe²＋、Co²+、Mn²+等是臭氧鏈式分解反應(yīng)的引發(fā)劑，被研究者用作臭氧氧化工藝的催化劑，收到了良好的強化效果。但是這些均相催化劑不便回收再利用，并且金屬離子對水溶液造成了二次污染。隨后研究者發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e、Mn、Co、Cu等過渡金屬的氧化物及活性炭等固相材料也具有催化臭氧氧化活性。目前，隨著材料制備和表征技術(shù)的不斷提高，催化臭氧氧化研究也在不斷深入。復(fù)合型、負載型金屬氧化物、石墨烯、碳納米管等新興碳材料受到了研究者的廣泛關(guān)注，有關(guān)催化劑的活性、穩(wěn)定性及催化作用機制等方面已積累了大量研究成果。
臭氧具有紫外吸收活性，在紫外光的照射下，臭氧可分解產(chǎn)生激發(fā)態(tài)氧原子，它在水溶液中經(jīng)過一系列反應(yīng)生成H?O?和·OH。因此，臭氧/紫外光也是一種潛在的高級氧化技術(shù)。紫外光激發(fā)的TiO?光催化氧化過程是20世紀最引人注目的高級氧化技術(shù)。研究者發(fā)現(xiàn)，在光催化氧化系統(tǒng)中引入臭氧，可使光催化氧化與臭氧氧化兩個過程相互協(xié)同促進，得到更好的處理效果。由于紫外光的穿透力較弱、應(yīng)用成本較高，近年來，隨著C?N4、WO?，、BiVO4等光敏催化劑的開發(fā)應(yīng)用，采用可見光驅(qū)動的光催化臭氧氧化過程得到了更多研究。
臭氧具有較強的得電子能力，在電場作用下有更快的電子傳遞速率，因此，電化學(xué)氧化過程和臭氧氧化過程也具有良好的協(xié)同效應(yīng)。此外，膜催化臭氧氧化過程也受到越來越多的關(guān)注，膜材料具有的微孔、納孔結(jié)構(gòu)有助于提高臭氧的傳質(zhì)效率和接觸反應(yīng)效率。膜與臭氧偶合工藝集催化、氧化、過濾于一體，可在較大程度上節(jié)省水處理成本。
采用催化、光激發(fā)、電激發(fā)等多種強化手段可有效提高臭氧的氧化效率，在國內(nèi)外眾多學(xué)者的努力下，基于臭氧的高級氧化技術(shù)有望在工業(yè)廢水有機污染處理方面獲得高效應(yīng)用。為了進一步促進該技術(shù)的研究和應(yīng)用，后續(xù)將對非均相催化臭氧氧化、光催化強化臭氧氧化、電化學(xué)強化臭氧氧化、過氧化氫強化臭氧氧化、過硫酸鹽強化臭氧氧化、膜催化臭氧氧化等技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行總結(jié)和分析。
