不同臭氧催化剂反应的影响
对于拥有特殊价电子结构的过渡金属元素，它们的d轨道未排满，既可以作为亲核试剂提供孤对电子，又可以作为亲电试剂提供空轨道，因此具有很强的催化性能。相关的研究[10-12]发现，过渡金属氧化物对臭氧具有较为明显的催化作用。在COD为500 mg·L-1，进料pH为6.63，催化剂用量2 mg·L-1，反应温度20 ℃，反应时间150 min，臭氧浓度60 mg·L-1，气体流量1 L·min-1条件下，每30 min取一次样，考察不同催化剂对水样COD和TOC去除率的影响如图 4和5所示。
图 4 不同催化剂对COD去除率的影响
图 5 不同催化剂对TOC去除率的影响
从图 4可以看出，不同反应体系下水样COD的去除率增势均在反应时间60 min时趋于平缓，水样COD的去除率从大到小排列为：O3/多组分催化剂 > O3/Fe2O3催化剂 > O3，分别对应88.29%，82.60%和70.75%。与无催化剂O3氧化体系相比，O3/多组分催化剂体系和O3/Fe2O3催化剂体系对水样COD去除率分别增加了15.87%和11.72%。
从图 5可以看出，不同反应体系下水样TOC的去除率增势均在反应时间90 min时趋于平缓，水样TOC的去除率从大到小排列为：O3/多组分催化剂 > O3/Fe2O3催化剂 > O3，分别为85.39%，68.49%和54.89%。与无催化剂O3氧化体系相比，O3/多组分催化剂体系和O3/Fe2O3催化剂体系对水样TOC去除率分别增加了30.50%和13.60%。这是由于催化剂除了自身对水样中的有机物具有一定吸附作用并能利用间隙分割臭氧气泡使其变小从而增加气液混合程度，还可以与臭氧、水样形成非均相催化氧化体系，增加臭氧在水中分解产生的羟基自由基数量，从而促进水样深度氧化。多组分催化剂相较于Fe2O3催化剂，多了钴、铜、锰的氧化物，能够进一步促进臭氧分解反应；可能含有p型氧化物，p型氧化物较之n型金属氧化物的氧吸附量更大，且吸附的O3、O2会电离成O-、O2-和OH-，使阴离子物质趋于稳定，对臭氧分解反应更有活性[13-15]。
综合3种催化氧化体系对水样COD和TOC去除效果考虑，选用多组分催化剂为本实验催化剂。
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