化学氧化臭氧氧化ppt课件

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寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
臭氧的物理化学特性
臭氧的毒性
高浓度臭氧为有毒气体, “臭氧中毒", 可能会使人死亡.
臭氧的毒性主要受浓度(c)和暴露时 间(t)的影响。
✓ 0.1~1ppm时，会出现头痛、咽干、 呼吸道刺激和眼灼痛；
✓ 当空气通过放电区域时，生成的臭 氧只占空气的0.6%-1.2%(体积).
✓ 应采用适当的冷却方式，及时排除 热量，提高臭氧浓度、降低电耗
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臭氧的制备
无声放电法
无声放电臭氧发生器
✓ 此法生产的臭氧浓度 在1%-3%;
✓ 85%-95%的电能转变 为热能, 电能利用率很 低, 运营费用较高.
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臭氧在环境领域的应用
臭氧氧化有机物的机理
直接反应机理—臭氧分子直接进攻有机物的反应
打开双键，发生加成反应
借助其偶极结构同有机物的不饱和键发生加
成反应,形成臭氧化中间产物,并进一步分解.
亲电反应
R1C=CR2+O3 → R1GCOOH+R2C=O G代表-OH、-OCH3、 -OCOCH3
臭氧分子的共振三角形结 构表明，它可以作为偶极 试剂、亲电试剂和亲核试 剂,与有机物形成三类反应
0.0136 0.23-0.3 0.26-0.3
2 8
接触时间/min 3 2.8 1-2 30
0.5-1 0.5-1
1 1
杀灭率/% ~100 ~100 100 100 100 100 100 100
臭氧对一些微生 物的杀灭效果
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✓ 1~100ppm时，可造成气喘、疲乏和 食欲不振;
✓ 短期暴露于更高浓度时,可造成喉刺激、 出血和肺气肿。
美国、日本、联邦德国等国家给定工作环境臭氧最大允许浓度 (MAC)，在连续暴露8小时情况下为0.1ppm或0.2mg/m3。
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臭氧的发现及其应用
1973 成立国际臭氧协会
促进臭氧技术与领域研究，信息资料收集和推广 提供工业、教育与研究机构、政府管理机关、保护组织及公共社
会间的联系 发行报告、通讯、新闻及书刊等出版物
臭氧消毒的优缺点(与液氯消毒法相比)
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臭氧的物理化学特性
臭氧的分解
臭氧在空气中的分解
2 O 3 3 O 2 2 8 4 kJ/m o l
✓ 当其浓度在25%以上时，很容易爆炸; ✓ MnO2\PbO2\Pt\C等催化剂的存在或紫外线辐照会加速其分解; ✓ 分解速度与臭氧浓度和温度有关,温度和浓度越高,分解越快.
臭氧在水溶液中的分解
自身则转变为H2O； ✓ OH·加成反应 — OH·加成到烯烃或芳香碳氢化合物双键上.
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臭氧的制备
臭氧制备方法简介
自然界中臭氧的形成
• 氧气分子受短波紫外线照射分解成原子状态；
臭氧的制备
臭氧制备方法简介
制备臭氧的方法
• 氧气在电子、原子能射线、等离子体和 紫外线等射流的轰击下将分解成氧原子， 并能很快和氧气结合成臭氧；
• 电解稀硫酸和过氯酸时，含氧基团向阳 极聚集、分解、合成产生臭氧
✓ 紫外线法 只能生产少量的臭氧，主要用于空气除臭
✓ 等离子射流法 臭氧浓度不高，能耗较大，工业应用价值不大
引言
化学氧化剂选择原则
处理效果好，反应产物无毒无害，无需进行二次处理； 处理费用合理，所需药剂和材料易得； 操作特性好,在常温和较宽的pH值范围内有较快的反应速度. 与前后处理工序的目标一致，搭配方便。
目前化学氧化法仅用于饮用水处理、特种工业用水处理、有 毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等场合.
臭氧的物理化学特性
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臭氧的物理化学特性
臭氧的氧化性
酸性溶液中，E°=2.07V，仅次于氟； 碱性溶液中，E°=1.24V，仅次于氯(E°=1.36V); 除Pt(铂)\Au(金)\Ir(铱)\F(氟)外,几乎可与其它所有元素反应.
引言
化合物的氧化过程
简单无机物的化学氧化过程的实质 电子转移 有机物的化学氧化过程
因涉及共价键，电子的移动情形复杂; 判断为与强氧化剂作用而使有机物分解成简单的无机物的反应; 过程逐步完成, 称之为有机物的降解, 如甲烷的降解的大致历程
常见有机化合物的最终氧化降解产物
碳水化合物 二氧化碳和水 含氮有机物 二氧化碳、水和硝酸类产物; 含硫有机物 二氧化碳、水和硫酸类产物; 含磷有机物 二氧化碳、水和磷酸类产物.
✓ 电解法
可生产高浓度臭氧, 且成分纯净，但能耗大
✓ 放射法
热效率高, 设备复杂, 投资大，适于大规模场合
✓ 无声放电法 工业上最常见的方法
电化学法
直流电
含氧电解质
O3
具有浓度高、成分纯净、水中溶 解度高等优点
光化学法
紫外光
电晕放电法
交变高压电场
O2
O3
问题：电光转换效率低，0.6-1.5%
含氧气体
臭氧的腐蚀性
对金属的腐蚀性 除金和铂外, 对所有金属都具腐蚀性, 但铬铁合金基本上不受臭氧 腐蚀,生产上常使用含25%Cr的铬铁合金(不锈钢)来制造臭氧发生 设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件.
对非金属材料的腐蚀性 会使聚氯乙烯塑料疏松、开裂和穿孔;可使普通橡胶老化; 故与臭 氧接触的密封材料必须采用耐腐蚀能力强的硅胶或耐酸橡胶等.
O3
相对能耗低，应用最广泛
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臭氧的制备
无声放电法
无声放电法合成臭氧的原理
O 2e 2Oe
3O O3 O3O 2O2
✓ 分解速度随臭氧浓度增大和温度提 高而加快, 在一定的浓度和温度下, 生成和分解达到动态平衡.
✓ 分解速度比在气相中快得多; ✓ 强烈受氢氧根的影响，pH越高，分解速度越快; ✓ 臭氧在水中的半衰期为35min.
臭氧在冰中极为稳定, 半衰期为2000年.
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1990 臭氧技术应用与产业迅速发展
有效去除有毒气体，如芥子气、氨、硫化氢和甲硫醇等 杀灭细菌和微生物——防腐、除味、保鲜 臭氧冰箱、臭氧洗衣机、臭氧空调等。
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臭氧在环境领域的应用
臭氧消毒机理的一些观点
臭氧分解成氧气过程中产生高活性“新生态氧”，起到杀菌作用 臭氧破坏细胞上的脱氢酶而干扰细胞的呼吸，直接氧化各种酶和蛋白质，
阻碍代谢过程，破坏有机体链状结构而导致细胞死亡 臭氧与细胞膜作用，使细胞渗透性改变，导致原生质流失和细胞体溶解 臭氧穿透细胞壁，渗入细胞内部与细胞质反应 臭氧氧化破坏病毒外壳与核酸
C KH p
C—臭氧在水中的溶解度,mg/L P—臭氧在空气中的分压，KPa KH—亨利常数，mg/(L.KPa)
影响臭氧在水中溶解度的主要因素
温度、气压、气体中的纯臭氧浓度
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臭氧氧化
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臭氧的发现及其应用
1785年 德国物理学家Van Marum发现. 1801年 Cruikshank观察到同样的气体. 1840年 德国人Schonbein宣告O3的发现，并命名为臭氧(OZONE) 1856年 用于手术室消毒. 1860年 用于城市供水的净化 1886年 开始对污水进行消毒 1903年 欧洲代替氯处理自来水 1936年 臭氧消毒自来水厂数量达140座，约100座在法国。 1960年代初 脱色 1960年代中 发现臭氧絮凝作用，德国、瑞士处理微污染物 1970年代后 法国控制水中藻类 1990年代 大规模应用于水厂
亲核反应
共振杂化分子的四种典型形式
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臭氧氧化有机物的机理
间接反应机理—臭氧分解形成自由基与有机物的反应
溶解性臭氧分解形成羟基自由基，HO·通过不同的反应使溶解态无 机物和有机物氧化。
链引发-传递-终止 溶解性臭氧的分解机理
✓ HSB (Hoigne, Staehelin和Bader) 机理 ✓ GTF (Gorkon, Tomiyasn和Futomi) 机理
HO·与溶解态化合物间的反应
✓ 电子转移反应——从其它物质上抽取电子, 自身还原为OH-； ✓ 抽氢反应 ——从有机物的不同取代基上抽取H使有机物变为有机物自由基,
• 极不稳定的氧原子与氧分子反应形成(O3)； • 比重较大的O3 逐渐向臭氧层底层降落,其不稳
定性随温度升高增强
• 受长波紫外线照射的O3还原为氧
氧气与臭氧相 互转换的动态 平衡的臭氧层
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臭氧的物理化学特性
基本性质
氧的同素异形体，又叫富氧，相对密度为氧的1.6倍 ; 分子——O3，分子量=47.998; 淡蓝色，且具有特殊的“新鲜”气味; 低浓度下嗅了使人感到清爽； 浓度稍高时，具有特殊的臭味，而且有毒.
臭氧在水中的溶解度
比氧气大10倍,比空气大25倍；
溶解度符合亨利定律：
控制臭和味 消毒
各种常用消毒剂的效果排序
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臭氧消毒
微生物 尾蚴
贾第虫孢囊 乙型肝炎病毒 甲型肝炎病毒
大肠杆菌 金黄色葡萄球菌
绿脓杆菌 白色念珠菌
臭氧浓度/mg/L 0.9 0.7 4-7
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内容
1 臭氧氧化
2 二氧化氯氧化 2
3 过氧化氢氧化
4 高锰酸钾氧化
5 高铁酸钾氧化
引言
作用
无机物 有机物
化合物
化学氧化
微毒、无毒或易 分离形态的物质
特点 几乎可处理所有的污染物，特别是生物难降解有机物 对微生物、细菌和病毒有灭活作用 与生物氧化法相比——运行费用较高
处理饮用水
去除铁和锰 将水中的二价铁、锰氧化成三价铁及高价锰，使溶解性的铁、锰 变成固态物质，通过沉淀和过滤除去.
2 F e 2 O 3 3 H 2 O 2 F e ( O H ) 3
3 M n2 O 3 3 M n O 2
去除合成有机物 去除色度
腐殖质→羧基化合物、挥发酸、CO2