I. Introducción al proceso de oxidación catalítica del ozono
El ozono es principalmente un agente oxidante fuerte en propiedades químicas. Su capacidad oxidante es la segunda en flúor,·OH y o (oxígeno atómico). Su capacidad oxidante es 1,52 veces la del cloro elemental. En la solución acuosa, el mecanismo de reacción de los contaminantes del ozono incluye principalmente la oxidación directa por ozono y la oxidación indirecta por radicales libres.
Reacción de oxidación directa
La reacción de oxidación directa entre el ozono y los contaminantes orgánicos en el agua puede dividirse en dos modos:
(1) reacción de sustitución electrofílica. La reacción de sustitución electrofílica se produce principalmente en la posición con una gran densidad de nube de electrones en la estructura molecular. En moléculas con estructuras de fenil sustituidas como -OH, -CH3 y -NH2, la densidad de la nube de electrones de los átomos de carbono en las posiciones orto y para en el anillo de benceno es grande, y los átomos de carbono en estas posiciones son fáciles de experimentar una reacción de sustitución electrofílica con ozono.
(2) reacción de adición dipolar. Dado que las moléculas de ozono tienen una estructura dipolo (el momento dipolo es de aproximadamente 0,55D), cuando las moléculas de ozono interactúan con moléculas que contienen enlaces no saturados, se puede llevar a cabo una reacción de adición dipolo. En general, la tasa de reacción de oxidación directa del ozono es lenta y la reacción es selectiva, por lo que su eficiencia en la degradación de los contaminantes orgánicos es baja.
Reacción de oxidación indirecta de radicales libres
(1) oxidación indirecta la degradación de los radicales libres puede dividirse aproximadamente en dos etapas según el proceso de reacción: La primera etapa es la autodescomposición del ozono para producir radicales libres. Cuando un iniciador como OH- está presente en la solución, la tasa de descomposición del ozono para producir radicales libres puede acelerarse significativamente. En la segunda etapa, OH reacciona con las unidades estructurales activas de la molécula (como el anillo de benceno, -OH, -NH2, etc.) e inicia una reacción en cadena de radicales libres. A medida que avanza la reacción, la estructura molecular se oxida y se rompe, descompone y convierte en pequeñas moléculas orgánicas, como el ácido fórmico, el ácido acético, etc., O además, estas pequeñas moléculas orgánicas se mineralizan completamente (con carbono orgánico total (TOC) como indicador de prueba) en CO2 y H2O, logrando así el propósito de reducir la DQO (demanda química de oxígeno) en el efluente y mejorar la biodegradabilidad de las aguas residuales tratadas.
(2) la selectividad de reacción de los radicales libres de OH es muy pequeña. Cuando hay múltiples contaminantes en el agua, no ocurrirá que una sustancia se degrade mientras que la concentración de otra sustancia permanece básicamente sin cambios.
La reacción entre el ozono y los antibióticos en el agua es relativamente compleja. En un sistema de reacción, a menudo se produce tanto una reacción de oxidación directa del ozono como una reacción de oxidación indirecta de radicales libres. El valor pH de la solución juega un papel decisivo en la selección del mecanismo de reacción a la oxidación O3. En un medio ácido fuerte, la reacción de oxidación directa es dominante, mientras que en un medio alcalino, la reacción de oxidación indirecta de radicales libres es dominante.
Este paquete de procesos añade un catalizador sólido al tanque de reacción de contacto con ozono para mejorar aún más el efecto de la oxidación catalítica del ozono.
