活性炭未純化對臭氧氧化機理的影響，在水處理技術(shù)中，活性炭主要用作吸附劑，以去除有機雜質(zhì)(主要是天然有機物)，但在臭氧化過程中也用作催化劑。活性炭在制作過程可能會被礦物物質(zhì)污染，污染物一般分為兩大類：堿金屬(Ca，Na，K，Li，Mg)和多價金屬(Al，F(xiàn)e，Ti，Si)。如果在臭氧化過程中使用未純化的活性炭會導致觀察到錯誤的催化作用。這次我們研究被活性炭含污染物對臭氧化過程中的影響。

　　活性炭臭氧化操作

　　未純化的碳在室溫下于無緩沖的高純水中進行臭氧處理。用HCl將pH調(diào)節(jié)至2.5或5.0。在每個實驗中，將200ml特定pH的高純水引入250ml玻璃反應器中。同時，將0.5g活性炭引入反應器中。使用晶體臭氧發(fā)生器由純氧生產(chǎn)臭氧。將水用臭氧飽和20分鐘。將每種活性炭的臭氧化過程重復六次。合并重復獲得的樣品，然后在120°C下干燥4小時。

　　活性炭雜質(zhì)對臭氧化過程的影響

　　有機化合物，特別是芳香環(huán)上帶有驅(qū)動取代基的電子，在低pH的自增強臭氧氧化過程中很容易被去除。琥珀酸不含芳香環(huán)，因此不能進行自增強臭氧氧化反應。此外，在琥珀酸臭氧氧化過程中，草酸可能作為反應副產(chǎn)物之一生成。因此，臭氧氧化琥珀酸溶液中的草酸檢測可作為丁二酸降解的證據(jù)。這兩種關(guān)系決定了琥珀酸被選為本研究的模型化合物。臭氧氧化過程是用無緩沖的高純度水進行的，用HCl將水的pH值調(diào)節(jié)到2.5。眾所周知，氯化物通過與羥基自由基反應抑制自由基過程。另外，在低pH(2.5)下，臭氧分子相對穩(wěn)定，不易分解形成羥基自由基。琥珀酸的·草酸氧化速率遠高于其臭氧氧化速率。由于這些原因，預計琥珀酸去除效率低，因此草酸生成量低。

　　圖1：活性炭800進行琥珀酸臭氧化。

　　在研究的第一階段，對選定的碳進行了琥珀酸吸附。所獲得的結(jié)果示于圖1和圖2。在琥珀酸的臭氧化過程中，在未純化的活性炭存在下吸附了74.3%的琥珀酸，溶液中殘留了25.7%。對于相同但純化的活性炭，吸附量略低，因為除去了71.0%的琥珀酸，并且溶液中殘留了29.0%(圖2)。對于特制的活性炭，吸附率為90.9%，溶液中還殘留有9.1%的琥珀酸。因此可以說，琥珀酸在活性炭上的吸附效率很高，并且琥珀酸的高度去除可以與這種現(xiàn)象有關(guān)。

　　圖2：活性炭400進行琥珀酸臭氧化。

　　為了確認臭氧在活性炭的表面上分解，在進一步的實驗中使用了叔丁醇。叔丁醇與臭氧分子的反應非常慢，但與羥基自由基的反應非常快，在實踐中用于清除溶液羥基自由基。如果反應在叔丁醇存在下繼續(xù)進行，則其效率與溶液中羥基的存在無關(guān)。圖1和圖2所示的實驗。盡管溶液中存在叔丁醇(4mM)，但在存在活性炭的情況下，臭氧仍會發(fā)生分解。這意味著臭氧的分解可以在純化的活性炭的表面上進行，并且在本體溶液中不會形成羥基自由基。在有活性炭存在的情況下，叔丁醇對草酸的臭氧化影響很小。但是，實驗是在pH7.0下進行的，至少由于已知的臭氧分解引發(fā)劑־OH的含量較高，羥基自由基的數(shù)量可能比酸性條件下的要高。反過來，在pH為3的條件下，臭氧化溶液中叔丁醇的存在對草酸臭氧化沒有影響。這一結(jié)果與我們的觀察結(jié)果一致，表明表面反應在催化過程中起著關(guān)鍵作用。

　　臭氧化的機理與活性炭的化學性質(zhì)密切相關(guān)，pH pzc值可以指定活性炭的吸附性能，而酸性和堿性基團的數(shù)量則表示催化反應中心的類型。因此，正確確定這些參數(shù)對于使用碳進行的過程非常重要。反過來，在確定這些參數(shù)時的任何錯誤都可能導致在確定反應路徑時發(fā)生重大誤解。活性炭表面上雜質(zhì)的存在會影響臭氧化過程中與其表面化學有關(guān)的參數(shù)的測量。活性炭的純化導致降低pHPZC值。同時，堿度降低了1.2–2.4倍，而酸度提高了1.4–2.4倍。

　　活性炭的雜質(zhì)還可以提高臭氧化效率，正如通過琥珀酸臭氧化副產(chǎn)物的存在所證實的琥珀酸降解實例所表明的那樣。與純化的活性炭相反，未純化的活性炭的應用導致大量草酸的產(chǎn)生。這些結(jié)果間接表明活性炭表面上的雜質(zhì)(即多價元素)有助于羥基自由基的產(chǎn)生。結(jié)果表明，純凈碳分解臭氧的過程不會導致本體溶液中形成羥基自由基。根據(jù)實驗證明以后在催化運行之前正確制備活性炭非常重要，活性炭雜質(zhì)可能會對有機污染物的臭氧化過程產(chǎn)生重大影響，在臭氧化過程中用對活性炭可以增強催化效果。

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