臭氧分解規(guī)律研究

臭氧分解規(guī)律研究

100多年來(lái)，由于氧化能力的強(qiáng)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(duì)人類生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。然而，在許多文獻(xiàn)中，關(guān)于氧化合物許多基本性質(zhì)的詳細(xì)研究很少。在正常條件下，這項(xiàng)工作可以促進(jìn)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(jì)和石英-玻璃分光光度計(jì)KX-1型空氣消毒機(jī)(上海大學(xué)理學(xué)院研制),7520型紫外分光光度計(jì)(上海分析儀器廠),石英-玻璃樣品管(自研制,見(jiàn)圖1),pHS3B精密pH計(jì)(上海雷磁儀器廠).1.2主試劑Na3PO4(化學(xué)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(shí)際應(yīng)用中不同溫度條件下的分解情況還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道,故此我們研究了常態(tài)不同溫度時(shí)臭氧分解的情況.2.1臭氧氧合成鹽的測(cè)定臭氧分子對(duì)254nm的波長(zhǎng)有強(qiáng)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(jì)比色測(cè)定.在20~80℃不同溫度下,以空氣為氣源(相對(duì)濕度70%±10),用KX-1空氣消毒機(jī)的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧,含臭氧氣體充滿光程長(zhǎng)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(shí)刻測(cè)其濃度,并作出濃度隨時(shí)間變化的曲線.2.2溫度對(duì)臭氧分解動(dòng)力學(xué)的影響由圖2可知,臭氧的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定,在空氣中臭氧很快分解.20℃時(shí)臭氧的半衰期約為86min,隨著溫度的升高,分解速度加快,80℃時(shí)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(shuō)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(dāng)臭氧溶于水時(shí)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(jī)臭氧氧化的測(cè)定實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)首先向緩沖液中通入由KX-1空氣消毒機(jī)的臭氧發(fā)生器部分產(chǎn)生的臭氧(以氧氣為氣源),一定時(shí)間后停止通氣,由紫外分光光度法測(cè)定此時(shí)水溶液中的臭氧濃度,然后按一定時(shí)間間隔測(cè)定其中的臭氧濃度.3.2結(jié)果與討論3.2.1ph對(duì)臭氧分解的影響在20℃時(shí),分別在0.5~6.0之間的幾個(gè)不同pH值下測(cè)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(shí),溶液中臭氧的分解十分迅速;(2)pH在3.0~6.0之間時(shí),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(qiáng);(3)當(dāng)pH值小于2.0時(shí),臭氧分解反而加快,即溶液酸性過(guò)強(qiáng),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(cè)量在20~60℃之間的幾個(gè)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(shí)其半衰期長(zhǎng)達(dá)301min;反之,60℃時(shí)臭氧的半衰期僅為10min.4ph值對(duì)臭氧分解的反應(yīng)的催化作由以上實(shí)驗(yàn)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(rèn)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(zhǎng)·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(duì)于后2個(gè)反應(yīng)可忽略),·HO2+·O-2→HO-2+O2,·O-3+·O-2+H2O→2OH-+2O2.從以上鏈?zhǔn)椒磻?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(dāng)降低pH值時(shí),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