高级氧化技术资料讲解
高级氧化技术
1.高级氧化技术的定义：利用强氧化性的自由基来降解有机污染物的技术，泛指反应过程有大量羟基自由基参与的化学氧化技术。
其基础在于运用催化剂、辐射，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基(一般为羟基自由基，·OH)，再通过自由基与污染物之间的加合、取代、电子转移等使污染物全部或接近全部矿质化。
·OH反应是高级氧化反应的根本特点2.高级氧化方法及其作用机理是通过不同途径产生·OH自由基的过程。
·OH自由基一旦形成，会诱发一系列的自由基链反应，攻击水体中的各种有机污染物，直至降解为二氧化碳、水和其它矿物盐。
可以说高级氧化技术是以产生·OH自由基为标志3.高级氧化技术有什么特点？1）反应过程中产生大量氢氧自由基·OH2）反应速度快3）适用范围广，·OH几乎可将所有有机物氧化直至矿化,不会产生二次污染4）可诱发链反应5）可作为生物处理过程的预处理手段,使难以通过生物降解的有机物可生化性提高,从而有利于生物法的进一步降解;6）操作简单,易于控制和管理4.·OH自由基的优点1）选择性小，反应速度快；2）氧化能力强；3）处理效率高；5）氧化彻底5.高级氧化技术分为哪几类？1)化学氧化法：臭氧氧化/Fenton氧化/高铁氧化2）电化学氧化法3）湿式氧化法：湿式空气氧化法/湿式空气催化氧化法4）超临界水氧化法 5）光催化氧化法6）超声波氧化法7）过硫酸盐氧化法6.自由基与污染物反应的四种主要方式:氢抽提反应、加成反应、电子转移、（氧化分解）。
自由基反应的三个阶段：链的引发、链的传递、链的终止自由基反应具有无选择性，反应迅速的特点。
7. 产生羟基自由基的途径：Fe2+/H2O2、 UV/H2O2、 H2O2/O3、 UV/O3、UV/H2O2/O3、光催化氧化（TiO2光催化氧化反应机理:产生空穴和电子对），对有机物降解速率由快到慢依次为UV-Fenton、 Fenton、 O3/US、O3、O3/UV、UV/H2O2、UV。
高级氧化技术方法简介
高级氧化技术方法1 光催化氧化法在光辐射作用下发生的化学氧化反应可称为光催化氧化。
光化学反应需要利用各种人造光源或自然光。
催化剂是光催化反应中至关重要的物质，目前的催化剂多为半导体材料，常见光催化剂有 TiO2、ZnO、SnO2和Fe2O3等[5]。
利用光催化降解农药废水早已有相关研究，JARNUZI[6]等以悬浮态的TiO2为催化剂，利用光催化氧化法处理杀虫剂五氯苯酚(C6Cl5OH，PCP)，并推导了光催化降解 PCP 的步骤。
葛飞[7]等采用TiO2膜浅池反应器对甲胺磷农药废水进行处理，结果表明，经生化处理后甲胺磷农药废水COD的去除率达到85.64%，达到国家《污水综合排放标准》中的一级标准，而有机磷的去除率可达到100%，显示出光催化氧化反应的良好处理能力。
虽然光催化降解农药废水具有降解时间短、效率高等优点，但也存在光源利用率较低的缺点。
将光催化氧化技术与其它高级氧化技术联合使用，可以提高处理效率，强化氧化能力，近年来受到研究者的重视。
荆国华[8]等利用UV/Fenton 技术处理三唑磷农药废水，结果表明，Fe2+∶H2O2为1∶20时，光解效果较佳，反应速率常数在0.03min-1，COD去除率可达到90%。
彭延治[9]等利用UV/TiO2/Fenton联用光催化降解敌百虫农药废水，当敌百虫农药浓度为0.1 mmol/L，TiO2质量浓度为2g/L，Fe3+用量为0.10 mmol/L，H2O2用量为2mmol/L，光照时间为2h时，敌百虫农药有机磷的降解率为92.50%。
2 Fenton氧化法酸性环境下，Fenton试剂可产生高活性的· OH，其高达2.8V的氧化电位，可以与有机物发生亲电加成、去氢反应、取代反应和电子转移反应，从而降解有机污染物。
杨新萍[10]等采用Fenton试剂处理COD为1.29×104mg/L的有机氯农药废水， COD和色度去除率分别为47.8%和84.4%。
12种高级氧化技术
12种高级氧化技术
1、臭氧氧化法：利用臭氧（O3）进行氧化反应，处理工艺污染
物的有效性很高。
2、脱溴的氧化法：工艺污水中的挥发性有机物通过添加脱溴剂，形成
有机酸，然后利用活性氧氧化反应来去除。
3、活性炭吸附氧化法：利用活性炭对污染物吸附后，再用氧化剂氧化
来达到净化目的。
4、臭氧-活性炭联合处理：采用活性炭和臭氧联合处理，可以有效去
除水中有机污染物。
5、光催化氧化法：利用可见光引起的光催化反应去除水中有机污染物。
6、水热氧化法：利用水热反应氧化，对于微量的有机物有很好的处理
效果。
7、气相自由基氧化法：利用空气中的自由基氧化剂作用于有机物，从
而去除水中的有机成分。
8、激光氧化法：利用激光的能量使水中的有机物氧化反应而分解掉。
9、高压氧气技术：有机物被高压氧气作用，使其分解，从而达到处理
污染物的目的。
10、电化学氧化法：利用微弱电流作用于污染物，使其发生氧化反应
而被氧化分解。
11、超高温氧化：利用高温的气态氧化反应，有效处理污染物，是一
种快速的技术。
12、臭氧/过氧化氢混合处理：利用臭氧和过氧化氢的混合反应，可以
有效去除水中的有机污染物。
(完整)高级氧化技术
高级氧化技术高级氧化技术(AOPs)是基于羟基自由基(·OH)的特殊化学性质，化学活性高且氧化无选择性，可以促进有毒有害生物难有机物的氧化分解，最终矿化，达到污染物的无害化处置的氧化技术。
其高氧化还原电位相对于常见的氧化剂，如表1-1所示[1]。
高级氧化技术主要是基于一系列产生羟基自由基的物化过程。
Fenton(1894)发现Fe2+和H202发生化学反应产生·OH，·OH通过电子转移等途径可使水中的有机污染物矿化为二氧化碳和水[2]。
Weiss(1935)得到了臭氧(03)在水体中可与氢氧根离子(OH-)反应生成羟基自由基(·OH )[3]，随后，Taube和Bray(l945)在实验中发现H2O2在水溶液中会离解成HO2-离子，诱发产生羟基自由基[4]。
利用物理的方法，例如超声辐射(Ultrasonic Irradiation)、水力设备(阀、小孔(orifice)和文氏管(venturi)等)、电子束辐射(Electron Beam，EB)等，诱发产生羟基自由基(·OH)[5,6]。
还有超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，SWO)、湿式氧化(Wet Air Oxidation，WAO)或催化湿式氧化(Catalytic Wet Air Oxidation，CWAO)等[7]。
20世纪70年代，Fujishima和Honda等发现光催化可产生·OH，从而揭开了光催化高级氧化技术研究的新领域[8]。
最近，混合型高级氧化技术(Hybrid Advanced Oxidation Ploeesses，HAOPs)成为研究的热点，其结合各种高级氧化技术的优点，弥补不足之处，成为高效的面向实际工程应用发展的新型高级氧化技术。
主要形式如下:超声/ H2O2 (或03)、03/ H2O2、超声光化学氧化(Sono- photochemical Oxidation)、光Fenton技术、催化高级氧化或结合生物氧化工艺、耦合氧化工艺，如SONIWO(SonoChemical Degradation followed by Wet Air Oxidation)等[9]。
高级氧化技术概述课件
根据产生强氧化剂的方法不同，高级 氧化技术可分为电化学氧化法、光化 学氧化法、湿式氧化法等。
原理与特点
原理
高级氧化技术通过产生羟基自由基（·OH）等强氧化剂，将有机污染物氧化成 低毒或无毒的小分子物质，甚至完全矿化成二氧化碳和水。
特点
高级氧化技术具有处理效率高、适用范围广、可矿化有机物等优点，但也存在 设备成本高、能耗高等缺点。
废水处理
高级氧化技术在废水处理中的应用主要包括有机废水、重金属废水以及 放射性废水的处理。通过强氧化作用，可以有效分解有机物，降低废水 中有机污染物的含量，使废水达到排放标准。
具体方法包括臭氧氧化、芬顿反应、光催化氧化等。这些方法能够提高 废水的可生化性，为后续的生物处理提供有利条件。
高级氧化技术还可以与生物处理技术结合，形成组合工艺，进一步提高 废水处理效果。
高级氧化技术概述 课件
目 录
• 高级氧化技术简介 • 高级氧化技术种类 • 高级氧化技术应用实例 • 高级氧化技术发展现状与趋势 • 高级氧化技术在实际应用中的优
化策略 • 高级氧化技术的前景展望
01
高级氧化技术简介
定义与分类
定义
高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs ）是一种通过产生强氧化剂来处理有 机污染物的技术。
疗废物等。
高级氧化技术可以用于固体废物的减量 化和资源化。通过高温焚烧、湿式氧化 等工艺，可以将固体废物中的有害物质 转化为无害物质，同时实现废物的减量
化和资源化利用。
在固体废物处理中，高级氧化技术还可 以与其他技术结合，如生物处理、物理 处理等，形成组合工艺，进一步提高处
理效果。
04
高级氧化技术发展现状与 趋势
高级氧化技术概述课件
制药废水处理案例
要点一
总结词
制药废水处理是高级氧化技术的重要应用领域之一，可以 有效去除废水中的有害物质，达到排放标准。
要点二
详细描述
制药废水成分复杂，含有大量的有机物、重金属离子和抗 生素残留等有害物质，对环境和人体健康造成严重威胁。 高级氧化技术如臭氧氧化、电化学氧化等被用于处理制药 废水。这些技术能够通过强氧化作用分解废水中的有害物 质，使废水得到净化。制药废水处理案例包括抗生素、生 物制药等行业的废水处理，取得了良好的处理效果和环境 效益。
高级氧化技术的分类
化学氧化
通过化学反应产生强氧化剂，如臭氧、过氧 化氢等。
湿式氧化
在高温高压条件下，通过氧气或空气将有机 物氧化成水和二氧化碳。
光催化氧化
利用光能激发催化剂，产生强氧化剂，将有 机物氧化。
电化学氧化
利用电解反应产生强氧化剂，将有机物氧化 。
高级氧化技术的应用领域
工业废水处理
处理含有难降解有机污 染物的废水，提高处理 效率和降低污染物排放
05 高级氧化技术案 例分析
工业废水处理案例
总结词
工业废水处理是高级氧化技术的重要应用领域，可以有效去除废水中的有害物质，达到排放标准。
详细描述
在工业废水处理中，高级氧化技术如Fenton试剂、臭氧氧化、湿式氧化等被广泛应用。这些技术能够 通过产生强氧化剂来分解废水中的有机物、重金属等有害物质，使废水得到净化。工业废水处理案例 包括石油化工、印染、造纸等行业的废水处理，取得了良好的处理效果和经济效益。
电化学反应的应用
电化学反应在污水处理、 工业废水处理等领域得到 广泛应用。
高级氧化技术03
1948年Taube和Bray在试验中发现H2O2在水 溶液中可以离解成HO2–，可诱发产生·OH自由 基，随后O3和H2O2复合的高级氧化技术被发 现。
20世纪70年代，Prengle和Cary等率先发现光 催化可以产生·OH自由基，从而揭开了光催化 高级氧化的研究序幕。
近20多年以来，各种高级氧化方法逐渐被发现 并在水处理中获得应用。
三、·OH有什么神奇功效？
1. ·OH选择性小、反应速度·O快H速率常数相
差不大，选择性
表 2 常见有机污染物与 O3和·OH 的反应速率常数[2、3小]
有害化学物质
·OH 的反应速率常数 O3 的反应速率常数(mol-1·L·s-1) (mol-1·L·s-1)
林丹
0.04
(2.7～170)×108
O3+2H++2e→O2+H2O
2.07
H2O2
H2O2+2H++2e→2H2O
1.77
HClO
2HClO+2H++2e→2Cl-+2H2O 1.63
Cl2
高级氧化技术
05
高级氧化技术的发展趋势 与展望
技术创新与改进
高效催化剂的研发
通过改进催化剂的活性、选择性和稳定性，提高高级氧化技术的 处理效率。
反应条件的优化
深入研究反应机理，探索最佳的反应温度、压力、pH值等条件， 降低能耗和资源消耗。
新型反应器的设计
设计新型的反应器结构，实现高效混合、传热和传质，提高反应速 率和去除效率。
02
高级氧化技术的原理
电化学氧化法
原理
利用电化学反应产生强氧化剂，如羟 基自由基（·OH），对有机物进行氧 化分解。
应用
电化学氧化法常用于处理含有难降解 有机物的废水，如印染废水、制药废 水等。
优势
电化学氧化法具有处理效率高、操作 简单、无二次污染等优点。
挑战
电化学氧化法需要消耗电能，运行成 本较高，且对电极材料和反应条件要 求较高。
推动其在工业和市政领域的应用和推广。
THANKS
感谢观看
高级氧化技术的实际应用
工业废水处理
工业废水处理
难降解有机物处理
高级氧化技术能够有效地处理工业废水中 的有毒有害物质，如重金属、有机污染物 等，降低其对环境的影响。
高级氧化技术能够将难降解有机物氧化成 低毒或无毒的小分子物质，降低其对生态 系统的危害。
含油废水处理
酸碱废水处理
高级氧化技术能够有效地处理含油废水， 去除其中的油类物质，提高废水的可生化 性。
高级氧化技术能够调节废水的酸碱度，使 其达到排放标准，减少对水体的酸碱污染 。
有机废气处理
有机废气处理
高级氧化技术能够有效地处理有机废气 ，如苯、甲苯、二甲苯等，降低其对大
气环境的影响。
恶臭气体处理
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Hohai University
高铁酸盐
高铁酸盐在水处理中的应用
近年来，K2FeO4作为一种具有强氧化性和混凝作用的多功效新型水处理 药剂，在水处理中的应用受到了特别的关注。研究结果表明，K2FeO4氧 化和混凝作用对水中的藻类、重金属、无机物和有机物等都有良好的去 除效果。
是强氧化剂,能杀菌消毒,不会形成有机氯化物,无二次污染。 高铁酸钾溶于水的分解产物Fe(OH)3对水中悬浮物有絮凝,吸附及共沉淀
Hohai University
高铁酸盐
高铁酸盐在水处理中的应用
在K2FeO4氧化降解有机物的过程中，伴随着有机物的氧化，K2FeO4会被还 原生成中间价态Fe(V)和Fe(IV)，这些中间价态铁的氧化能力非常强， 与有机物的反应速率比Fe(VI)本身要快百倍甚至上千倍。但是由于这些 中间价态铁的稳定性很差，极易分解，例如在pH=7.0时，Fe(V)的自分 解常数Kd约为100 s-1，在水中存活的半衰期t1/2只有6.9 ms。因此，中间 价态铁的强氧化能力很难得到有效的利用，而是迅速分解生成稳定性的 Fe(Ⅲ)。
去除之效果。 能去除水中的氨氮,硫类物质及酚类等多种有机物质。 它溶于水不产生有害,有毒副产物, 其安全性有可靠保证。 集氧化,杀菌,消毒, 吸附, 絮凝, 助凝为一体的多功能水处理剂。
Hohai University
高铁酸盐
高铁酸盐在水处理中的应用
与KMnO4氧化相似，K2FeO4的氧化也具有选择性，易和一些含有不饱和官 能团的有机物如酚类、苯胺类、烯烃类化合物反应，反应速率一般要比 KMnO4快2-10倍。K2FeO4与有机物的反应路径与KMnO4氧化相似，如在氧化 烯烃时，K2FeO4也会与C＝C双键加成形成环状的有机金属络合物。
Hohai University
高铁酸盐
制备方法
方法 熔融法
成本 高
次氯酸盐氧 低 化法
电解法
低
转化率 80-90% 30-50%
20-、反应条件
设备利用率高、 苛刻、难实现工业
转化率高
生产
工艺简单、产 率高、实验室 步骤多、工艺复杂
容易实现
操作简单、原 纯度低、电能消耗 料少、适合现 场制备和投加、 大、装置要求高 易于实现工业
高铁酸盐在水溶液中的分解反应为： 4FeO42-+2OH-→4Fe3++10H2O+3O2↑
4FeO42-+10H2O→4Fe(OH)3↓+8OH-+3O2↑
影响溶液中高铁酸钾稳定性的因素较多，如高铁酸钾浓度、溶液的pH、
温度、存放条件、光照、高铁酸钾纯度、掺杂等，这也使得对高铁酸盐
在溶液中的稳定性研究变得较为复杂。
因此，高铁酸盐是一类新型、高效、绿色的多功能水处理剂。
Hohai University
高铁酸盐
基本性质
高铁酸盐具有其他水处理剂无法比拟优势，但是其不稳定性极大的限制 了它广泛普及和应用。
高纯的高铁酸钾在常温和干燥空气中具有良好的稳定性。但在水溶液或 潮湿环境中很不稳定，极易分解，释放出氧气，并伴随有氢氧化铁沉淀 生成。在酸性条件下很快放出氧气，在中性或弱碱性溶液中也缓慢分解， 但随着溶液碱性的增强其分解速率变慢。
与KMnO4氧化能力受pH的影响较小不同，K2FeO4的氧化能力随pH升高逐渐 减弱，主要是因为FeO42-的共轭酸(HFeO4-和H2FeO4)氧化能力更强。但是 随着pH的升高，K2FeO4的稳定性增强，因此，K2FeO4的除污染特性是由它 的氧化能力和稳定性二者综合作用决定的。一般在中性pH下K2FeO4除污 染能力最强。相反，在低pH条件下，K2FeO4的自分解速度太快，强氧化 能力得不到发挥；而在高pH条件下，K2FeO4的氧化能力则太弱。换言之， HFeO4-的形态浓度和氧化能力在K2FeO4氧化过程中起着决定性的作用。
高铁酸盐
基本性质
高铁酸盐是铁的六价化合物，具有很强的氧化性，能有效杀灭水中 的微生物和藻类，氧化分解各种有机、无机污染物，且在应用过程 中不会产生三卤甲烷等“三致”性二次污染物。
它作为一种水处理剂兼具氧化、絮凝、杀菌消毒的作用，是环境友 好型的多功能广谱型水处理剂。
另外高铁酸盐对一些有机物的氧化具有选择性，人们利用这一特性 将其作为有机合成的选择性氧化剂。其氧化能力强于高锰酸盐、臭 氧和氯气。
Hohai University
高铁酸盐
基本性质
其在酸、碱条件下的标准电极电势分别为： 酸性：E0FeO42-/Fe3+=2.120V 碱性：E0FeO42-/ Fe(OH)3=0.172V
因此，无论在酸性，还是碱性条件下高铁酸盐都具有极强的氧化性，可 以广泛用于水和废水的氧化、消毒、杀菌。
在适当酸度条件下，高铁酸盐被还原为无毒的、且具有絮凝、吸附、 共沉淀等多种协同功能的Fe(OH)3。
Hohai University
高铁酸盐
制备方法
高铁酸盐制备方法可分为3类：熔融法、次氯酸盐氧化法和电化学氧化法。 （1）熔融法 采用碱金属的过氧化铁盐或铁的氧化物制得高铁酸钾。 其过程是： 将Na2O2、FeS2在密闭、干燥的环境中混合，加热到700℃，反应lh，得到 含Na2FeO4的粉末。然后用5mol/L 的NaOH 溶解，过滤，滤液中加入KOH 固 体饱和至析出高铁酸晶体。过滤、异丙醇洗涤、真空干燥得成品。 也可采用过氧化物氧化法，即在氧气流下，温度控制在340-370℃，锻烧 Fe2O3和K2O2的混合物直接制得高铁酸钾，这样反应过程简单、后处理简单、 产品纯度和收率较高。但反应为放热反应，温度升高快，容易引起爆炸， 目前采用较少。
在氢氧化钾溶液中直接反应，沉淀析出高铁酸。 次氯酸盐氧化法操作繁琐，但具有产率和浓度较高、生产成本低等优点，
因此，近年来被广泛采用。
Hohai University
高铁酸盐
制备方法
（3）电解法 电解法制备高铁酸钾是通过电解以铁为阳极的碱性氢氧化物溶液来实现
的。该法操作简单，原材料消耗少，但对装置要求高，产品纯度低，电力消 耗大。
Hohai University
高铁酸盐
制备方法
（2）次氯酸盐氧化法 次氯酸盐氧化法根据反应步骤又分为一步法和两步法。 两步法是首先将铁盐与次氯酸钠或氯气在浓的氢氧化钠溶液中反应生成
高铁酸钠，然后加入氢氧化钾溶液转化为溶解度较小的高铁酸钾晶体析出。 一步法是在两步法基础上的改进，它是以次氯酸钾或氯气和铁盐为原料，