臭氧分解規(guī)律研究

臭氧分解規(guī)律研究

100多年來，由于氧化能力的強烈，氯氧化性受到了廣泛的關(guān)注和研究。目前，氯氧化性的應(yīng)用已經(jīng)深入到空氣消毒、飲用水處理、食品新鮮、醫(yī)療衛(wèi)生、污水處理、廢水處理、家用電器和工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用，這對人類生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展作出了重大貢獻。然而，在許多文獻中，關(guān)于氧化合物許多基本性質(zhì)的詳細研究很少。在正常條件下，這項工作可以促進或幫助研究環(huán)境和溶液中的氧化性質(zhì)和規(guī)律。1主要設(shè)備和試劑1.1紫外分光光度計和石英-玻璃分光光度計KX-1型空氣消毒機(上海大學理學院研制),7520型紫外分光光度計(上海分析儀器廠),石英-玻璃樣品管(自研制,見圖1),pHS3B精密pH計(上海雷磁儀器廠).1.2主試劑Na3PO4(化學純),上海新華化工廠;H3PO4(分析純),江蘇宜興南新助劑廠.2氧氣中的氧化分解規(guī)律臭氧在空氣中不穩(wěn)定、易分解.因其在實際應(yīng)用中不同溫度條件下的分解情況還未見相關(guān)報道,故此我們研究了常態(tài)不同溫度時臭氧分解的情況.2.1臭氧氧合成鹽的測定臭氧分子對254nm的波長有強烈的吸收,其摩爾消光系數(shù)約為3kL(mol·cm-1),所以可以直接用紫外分光光度計比色測定.在20~80℃不同溫度下,以空氣為氣源(相對濕度70%±10),用KX-1空氣消毒機的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧,含臭氧氣體充滿光程長10cm的石英-玻璃樣品管.控制臭氧濃度約為1g·L-1左右,然后在不同時刻測其濃度,并作出濃度隨時間變化的曲線.2.2溫度對臭氧分解動力學的影響由圖2可知,臭氧的化學性質(zhì)極不穩(wěn)定,在空氣中臭氧很快分解.20℃時臭氧的半衰期約為86min,隨著溫度的升高,分解速度加快,80℃時其半衰期約為11.5min.由圖3可知,在20~80℃之間,臭氧分解的半衰期隨著溫度的升高而逐漸減小,說明隨著溫度的升高臭氧的分解逐漸加快.3溶液中的氧氣分解規(guī)律當臭氧溶于水時將以較快速度分解.在水中臭氧的穩(wěn)定性不僅受到溫度的影響,還受到pH值的影響.3.1kx-1空氣消毒機臭氧氧化的測定實驗介質(zhì)為磷酸及磷酸鹽緩沖液,pH值為0.5~6.0,液體溫度由恒溫水浴控制.實驗時首先向緩沖液中通入由KX-1空氣消毒機的臭氧發(fā)生器部分產(chǎn)生的臭氧(以氧氣為氣源),一定時間后停止通氣,由紫外分光光度法測定此時水溶液中的臭氧濃度,然后按一定時間間隔測定其中的臭氧濃度.3.2結(jié)果與討論3.2.1ph對臭氧分解的影響在20℃時,分別在0.5~6.0之間的幾個不同pH值下測定臭氧的分解情況(如圖4所示).由圖4可知:(1)pH大于6.0時,溶液中臭氧的分解十分迅速;(2)pH在3.0~6.0之間時,隨pH值的降低,臭氧的分解減慢,即溶液中臭氧的穩(wěn)定性增強;(3)當pH值小于2.0時,臭氧分解反而加快,即溶液酸性過強,臭氧水的穩(wěn)定性變差.3.2.2臭氧在水溶液中的分解情況pH值從0.5變化到6.0,分別測量在20~60℃之間的幾個不同溫度下臭氧在水溶液中的分解情況,如表1所示.從表1可以看出,水溶液中的臭氧隨溫度升高,分解速度加快,半衰期變小.以pH=3.0為例,20℃時其半衰期長達301min;反之,60℃時臭氧的半衰期僅為10min.4ph值對臭氧分解的反應(yīng)的催化作由以上實驗結(jié)果可知,臭氧在pH值較高的溶液中不穩(wěn)定,這與Tomiyas、Fornl、Hoigne、Peleg、Buhler等的研究結(jié)論基本吻合.我們也認為這是由于OH-等的催化作用所致.Nadezhdin在總結(jié)前人提出的各種鏈反應(yīng)基礎(chǔ)上,提出了如下的臭氧分解歷程:引發(fā)O3+H2O→2·HO2,O3+OH-→O-3+·OH,增長·HO2→H++·O-2,·O-2+O3→O2+·O-3,·O-3→·O-+O2,·OH+O3→·HO2+O2,終止2·HO2→H2O2+O2(相對于后2個反應(yīng)可忽略),·HO2+·O-2→HO-2+O2,·O-3+·O-2+H2O→2OH-+2O2.從以上鏈式反應(yīng)不難看出,OH-在臭氧的分解反應(yīng)中起著重要的催化作用.所以當降低pH值時,溶液中[OH-]降低,削弱了OH-催化作用,于是臭氧的分解減慢,穩(wěn)定性提高.因