化学氧化-臭氧氧化

催化臭氧化水是生命的源泉，是生命存在与经济发展的必要条件，人类的活动会使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，使水受到污染。

目前，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流的14%以上。

中国大小河流总长42万公里，湖泊7.56万平方公里，占国土总面积的0.8%，水资源总量28000亿立方米，人均2300立方米，只占世界人均拥有量的1/4，居121位，为13个贫水国之一。

目前中国640个城市有300多个缺水，2.32亿人年均用水量严重不足。

随着科学的发展、时代的进步、人口的迅猛增长，对水自源的掠夺式开发，人类赖以生存和发展的环境受到污染，生态环境受到破坏，生态系统也会随之遭到破坏。

今年我国长江流域的特大干旱与人类活动不无关系人们对污水处理的处理通常采用的方法为稀释排放，通过大自然的自动净化来处理，或采用微生物法来处理废水。

微生物法处理成本低，不会造成二次污染。

缺点是处理速度慢，且不能彻底降解有机物。

普通化学氧化法由于氧化能力差，反应有选择性等原因，往往不能直接达到完全去除有机物降低TOC和COD的目的。

臭氧自1785年发现以来，作为一种强氧化剂，应用于水处理研究己有一个世纪。

目前美国、日本及俄罗斯等国家己经在某些废水处理中采用了臭氧工艺。

虽然臭氧一直以高效且不产生二次污染而著称，但也有明显的缺点，即臭氧过程中很难彻底去除水中的TOC和COD。

催化臭氧化技术是近年发展起来的一种新型的在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化或降解的有机物氧化的方法。

催化臭氧化技术利用反应过程中产生的大量强氧化性自由基(羟基自由基)来氧化分解水中的有机物从而达到水质净化。

催化臭氧氧化可分为两类：利用溶液中金属(离子)的均相催化臭氧氧化和固态金属、金属氧化物或负载在载体上金属或金属氧化物的非均相催化臭氧氧化。

自从80年代末以来，催化臭氧化技术获得较快发展。

臭氧是氧的同素异形体，由三个氧原子构成，分子结构如图1所示。

臭氧氧化分解烯炔专题烯烃、炔烃通过臭氧氧化并经锌和水处理可以得到醛或酮或酸，例如：CH3CH2CH=C(CH3)2CH3CH2CH=O+O=C(CH3)2CH3COOH+HOOC-CH2COOH+HCOOH由上述反应可看出如下规律：①烯烃通过臭氧氧化并经锌和水处理可以得到醛或酮，即烯烃双键从中间断开，一端连接一个氧原子，原双键上有氢的一端形成醛，无氢的一端形成酮。

变化如下式：②炔烃通过臭氧氧化并经锌和水处理可以得到酸；③分子中含有两个双键或三键，产物中会有含两个官能团的产物。

解题思路和技巧：依据上述反应规律，采用逆向思维法，即将产物中双键上的氧原子去掉，剩余的两两相连，就可组成双键或三键，进而可确定烯烃、炔烃的结构。

这里要注意的是：由三个产物推出的一种烯烃或炔烃可能有两种形式；含双官能团产物可能来自链状烃，也可能来自环烃。

【专项训练】1、某烃分子式为C10H10，通过臭氧氧化并经锌和水处理可以发生反应：C10H10CH3COOH+3HOOC-CHO+ CH3CHO试回答：（1）C10H10分子中含个双键，个三键。

（2）C10H10的结构简式：。

2、一种链状单烯烃A通过臭氧氧化并经锌和水处理可以得到B和C，化合物B含碳69.8%、含氢11.6%，B无银镜反应，催化加氢生成D，D在浓硫酸存在下加热，可得到能使溴水褪色且只有一种结构的物质E。

反应图示如下：回答下列问题：（1）B的相对分子质量是，D含有的官能团名称是，C→F①的化学方程式是，反应类型是。

（2）D+F→G的化学反应方程式为。

（3）A的结构简式为。

（4）化合物A的某种同分异构体，通过臭氧氧化并经锌和水处理只得到一种产物，符合此条件的同分异构体有种。

3、某有机物X的经催化加氢后得到分子式为C9H18的饱和化合物，X可发生如下变化：X（C9H14）CH3COCHO+CH3CH2CH（CH3）CHO则有机物X可能的结构简式是：（1）；（2）。

4、（1）ａmol某烃C n H2n-2（该分子中无-C≡C-和＞C=C=C＜结构），发生臭氧分解后，测得有机产物中含有mol羰基（＞C=O），则ａ和ｂ的代数关系是或。

高级氧化法的特性及其应用摘要：介绍了一种新型化学氧化法?高级氧化法(AOP)定义及氧化机理，它具有氧化能力强、反应无选择性、氧化彻底等独特的优点，并已在国外有实际应用。

关键词：高级氧化法难降解有机物 AOP法 THMs目前水质污染的主要矛盾已从耗氧物质和生物污染转化为化学物质污染，因此美国国家研究委员会(NRC)在制定21世纪优先研究领域时把《环境中的化学品》列为今后20年应加以资助的六个重点领域之一。

我国从2000年1月1日起执行新的地表水环境质量标准(GHZB1—1999)，其中控制地表水I、II、III类水域有机化合物为目的的特定项目有40项。

目前废水处理最常用的生物法对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难，而化学氧化法可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势。

然而O3、H2O2和Cl2等氧化剂的氧化能力不强且有选择性氧化等缺点，难以满足要求。

1987年Glaze等人提出了高级氧化法(A dvanced oxidation processes，简称AOP)，它克服了普通氧化法存在的问题，并以其独特的优点愈来愈引起重视。

1 氧化有机物的机理Glaze等人将水处理过程中以羟基自由基作为主要氧化剂的氧化过程称为AOPs过程，用于水处理则称为AOP法。

典型的均相AOPs过程有O3/UV、O3/H2O2、UV/ H2O2、H2O2/Fe2+(Fenton试剂)等，在高pH值情况下的臭氧处理也可以被认为是一种AOPs过程，另外某些光催化氧化也是一个AOPs过程[1]。

高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应[2]，反应中生成的有机自由基可以继续参加·OH的链式反应，或者通过生成有机过氧化物自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O，从而达到了氧化分解有机物的目的。

AOP法的特点 2.1 氧化能力强表1为各种氧化剂的氧化电位，可见羟基自由基是一种极强的化学氧化剂，它的氧化电位比普通氧化剂(如臭氧、氯气、过氧化氢)高得多，这意味着·OH的氧化能力要大大高于普通化学氧化剂。

臭氧氧化高级氧化工艺
臭氧氧化是一种对多种有毒物质进行处理的高效氧化形式，它可以有效改善水质，降低污染物排放量。

臭氧氧化不仅能够去除水中的有机物和无机物，而且还能有效消除水中有害细菌和病原体，从而增强水的质量。

臭氧氧化高级氧化工艺（AOP）是最新的处理污染水的技术之一，它将臭氧氧化和先进的化学离子反应技术相结合，将水中有机物质，无机物质，微生物和病原体等污染物完全去除，使污泥不受污染，产水可以重新用于再生水系统。

臭氧氧化高级氧化工艺可以有效地去除水中的有机物质，无机物质，微生物和病原体。

它具有小体积，经济高效，操作简单等特点，可以简单快捷地完成水的清洁。

首先，臭氧氧化高级氧化工艺将水中的污染物进行氧化处理，使水污染物的毒性降低，从而提高水的质量。

其次，臭氧氧化高级氧化工艺以化学反应去除水中有毒有害物质，如铬、铅、氰化物等，从而获得干净的水，除去有毒物质，保护环境。

最后，臭氧氧化高级氧化工艺可以有效降低水中有毒物质的度，减少污染物排放量，保护环境，减少污染物给人体的不良影响，为人类的生活、健康带来更多的可观的益处。

总之，臭氧氧化高级氧化工艺不仅具有经济效益，投资少，工艺简单，效果明显，而且可以有效减少水中有毒有害物质的排放量，使水质得到极大地改善，从而更好地保护环境和人类健康。

因此，臭氧
氧化高级氧化技术应该得到广泛应用，才能更好地保护环境和人类健康。

臭氧氧化高级氧化工艺以有效、快捷、经济的方式改善水质，有助于实现可持续发展，减少污染源，同时促进水质的恢复。

臭氧氧化高级氧化技术的应用将使人们能更好地保护环境，更好地促进社会健康发展。

臭氧氧化技术基本原理臭氧在化学性质上主要呈现强氧化性，氧化能力仅次于氟、·OH 和O( 原子氧) ，其氧化能力是单质氯的1.52倍。

在水溶液中，臭氧与抗生素分子的反应机理主要有臭氧直接氧化和自由基间接氧化反应两种。

直接氧化反应臭氧与水中有机污染物之间的直接氧化反应,可以分两种方式:(1) 亲电取代反应。

亲电取代反应主要发生在分子结构中电子云密度较大的位置。

在带有—OH、—CH3、—NH2等取代苯基结构的抗生素中，苯环中邻、对位上碳原子的电子云密度较大，这些位置上的碳原子易与臭氧发生亲电取代反应。

(2) 偶极加成反应。

由于臭氧分子具有偶极结构( 偶极距约为0. 55D) ，所以臭氧分子与含不饱和键的抗生素分子相互作用时，可进行偶极加成反应。

一般而言，臭氧的直接氧化反应速率较慢，而且反应具有选择性，所以其降解有机污染物的效率较低。

自由基间接氧化反应(1)自由基间接氧化降解按反应过程可以粗略分为两个阶段:第一阶段为臭氧的自身分解产生自由基。

当溶液中存在引发剂如OH －等时可以明显加快臭氧分解产生自由基的速度。

在第二阶段中，·OH与抗生素分子中的活泼结构单元( 如苯环、—OH、—NH2等) 发生反应，并引发自由基链反应。

随着反应的进行，抗生素分子结构被氧化破裂，分解转化为小分子有机物，如甲酸、乙酸等，或进一步将这些有机小分子完全矿化( 以总有机碳( TOC) 为测试指标) 为CO2和H2O，从而达到降低出水中COD( 化学需氧量) 和提高处理后废水的可生物降解性的目的。

·OH间接氧化反应有以下两个主要特点:反应速率非常快，与一般抗生素分子反应的速率常数k;(2)·OH自由基的反应选择性很小，当水中存在多种污染物质时，不会出现一种物质得到降解而另一种物质浓度基本不变的情况。

臭氧与水中抗生素的反应较为复杂，在一个反应体系中，往往既出现臭氧直接氧化反应，又出现自由基间接氧化反应。