1.高級(jí)氧化技術(shù)的定義：利用強(qiáng)氧化性的自由基來降解有機(jī)污染

物的技術(shù)，泛指反應(yīng)過程有大量羥基自由基參與的化學(xué)氧化技

術(shù)。其基礎(chǔ)在于運(yùn)用催化劑、輻射，有時(shí)還與氧化劑結(jié)合，在反

應(yīng)中產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基（一般為羥基自由基，?0H）,再通過

自由基與污染物之間的加合、取代、電子轉(zhuǎn)移等使污染物全部或

接近全部礦質(zhì)化。?0H反應(yīng)是高級(jí)氧化反應(yīng)的根本特點(diǎn)

2.高級(jí)氧化方法與其作用機(jī)理是通過不同途徑產(chǎn)生?0H自由基的過

程。?0H自由基一旦形成，會(huì)誘發(fā)一系列的自由基鏈反應(yīng)，攻擊水體中

的各種有機(jī)污染物，直至降解為二氧化碳、水和其它礦物鹽。可以說

高級(jí)氧化技術(shù)是以產(chǎn)生?0H自由基為標(biāo)志

高級(jí)氧化技術(shù)有什么特點(diǎn)？

1）反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量氫氧自由基?0H

2）反應(yīng)速度快

3）適用范圍廣，?0H幾乎可將所有有機(jī)物氧化直至礦化，不會(huì)產(chǎn)生二

次污染

4）可誘發(fā)鏈反應(yīng)

5）可作為生物處理過程的預(yù)處理手段，使難以通過生物降解的有機(jī)物可

生化性提高,從而有利于生物法的進(jìn)一步降解；

6）操作簡(jiǎn)單，易于控制和管理

4.?0H自由基的優(yōu)點(diǎn)

1）選擇性小，反應(yīng)速度快；2）氧化能力強(qiáng)；3）處理效率高；5）氧化徹

底

5.高級(jí)氧化技術(shù)分為哪兒類?

1）化學(xué)氧化法：臭氧氧化/Fenton氧化/高鐵氧化2）電化學(xué)氧化法

3）濕式氧化法：濕式空氣氧化法/濕式空氣催化氧化法

4）超臨界水氧化法5）光催化氧化法6）超聲波氧化法

7）過硫酸鹽氧化法

6.自由基與污染物反應(yīng)的四種主要方式:氫抽提反應(yīng)、加成反應(yīng)、電子轉(zhuǎn)

移、（氧化分解）。

自由基反應(yīng)的三個(gè)階段：鏈的引發(fā)、鏈的傳遞、鏈的終止

自由基反應(yīng)具有無選擇性，反應(yīng)迅速的特點(diǎn)。

7.產(chǎn)生羥基自由基的途徑：

Fe2+/H20..UV/H20..H202/0..UV/0..UV/H2O2/O.光催化氧化（Ti02光

催化氧化反應(yīng)機(jī)理:產(chǎn)生空穴和電子對(duì)），對(duì)有機(jī)物降解速率由快到慢依次

為UV-Fenton.Fenton.O3/US、03.03/UV、UV/H202.UVO

8.Fenton試劑：亞鐵離子（Fe2+）和過氧化氫（H202）的組合。

Fenton反應(yīng)：Fenton反應(yīng)是以亞鐵離子作為催化劑來催化過氧化氫

（H202）,使其產(chǎn)生羥基自由基（?0H）,進(jìn)行有機(jī)物的氧化，羥基自由基

具有強(qiáng)的氧化能力，可與大部分的芳香族有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)亞鐵離

子氧化成鐵離子（Fe3+）,（鐵離子有混凝作用也可去除部分有機(jī)物）鐵離

子又會(huì)與雙氧水反應(yīng)，并還原成亞鐵離子（Fe2+）.

反應(yīng)機(jī)理:H202與Fe2+反應(yīng)分解生成羥基自由基（?H）和氫氧根離子（0H-）,

并引發(fā)連鎖反應(yīng)從而產(chǎn)生更多的其它自由基，然后利用這些自由基進(jìn)攻

有機(jī)質(zhì)分子，從而破壞有機(jī)質(zhì)分子并使其礦化直至轉(zhuǎn)化為C02、H20等無

機(jī)質(zhì)（Fenton試劑在廢水處理中主要用于去除COD、色度和泡沫等）。

2+3+

Fe+H202f?OH+OIF+Fe

3+2+

Fe+H202fFe+?H02+IT

9.影響Fenton試劑氧化能力的因素：（1）催化劑種類與投加方式，F(xiàn)e2+

（Fe3+、鐵粉、鐵屑）.Fe2+/TiO2/Cu2+/Mn2+/Ag+、活性炭等均有一定的

催化能力，F(xiàn)eS04-7H20最常用（2）過氧化氫濃度與投加方式，均勻分批

投加（3）反應(yīng)溫度（芬頓試劑的反應(yīng)速率隨溫度上升而增加，但是溫度

高于40c?50℃之后，會(huì)加速分解為（）2和H20,因此多控制在20c?40c

中發(fā)生）（4）溶液的pH值.p.2-4為Fonton反應(yīng)的最佳范圍（5）反應(yīng)時(shí)

間。

10.類Fenton試劑：改性-Fenton試劑、光-Fenton試劑、電-Fenton試劑、

配體-Fenton試劑等。Fe（III）鹽溶液、可溶性鐵以與鐵的氧化礦物（如赤

鐵礦、針鐵礦等）同樣可使II202催化分解產(chǎn)生?0H,達(dá)到降解有機(jī)物的

目的，以這類催化劑組成的Fenton試劑，稱為類Fenton試劑（改性

Fenton試劑，因其鐵的來源較為廣泛）。

由于Fenton法處理廢水所而時(shí)間長(zhǎng)，使用的試劑量多，而IL過量的％2+將增

大處理后廢水中的COD并產(chǎn)生二次污染。近年來，人們將紫外光、可見光等引入

Fenton體系..并研究采用其它過渡金屈竹代Fe2+,這些方法可顯著增Fenton試

劑對(duì)仃機(jī)物的氧化降物能力，并可減少Fenton試劑的用量..降低處理成本被統(tǒng)稱

為類Fenton反應(yīng)。

11.增強(qiáng)fenton反應(yīng)活性的方法：1）加入草酸鹽和檸檬酸；2）與其他處

理方法聯(lián)用，如生物法、混凝法；3）加入絡(luò)合劑，如EDTA等；4）Mn2+、

Co3+o（混凝沉降法、活性炭法、生物法、UV）

Fenton試劑在廢水處理中的應(yīng)用：處理染料廢水；處理含氯酚廢水；處理

增加，有機(jī)物氧化反應(yīng)速率相應(yīng)提高

3）超聲強(qiáng)化臭氧氧化技術(shù)

3）金屬催化臭氧化技術(shù)、在臭氧水處理體系中，加入一定量的Fe2

+、Mn2+、Co2+、Ni2+或Co2+的硫酸鹽。

4）臭氧與其他常規(guī)水處理單元結(jié)合比如03—活性污泥、03一活性炭

吸附、03一絮凝一膜處理、03一絮凝一03.03一氣浮（吹脫）、03-

生物活性炭、03—膜處理

4U種臭氧處理單元自身的改進(jìn)

不ROJUV高級(jí)氧化技未

\（2）O3/H2O2高級(jí)氧化技術(shù)

（3）O3/H2O2/UV

（4）臭氧/活性炭協(xié)同降解有機(jī)

物處理技術(shù)

（5）超聲強(qiáng)化臭氧氧化技術(shù)

17.臭氧在水處理中的應(yīng)用一一飲用水處理/廢水處理/去除染料和印染

廢水的色度和難降解有機(jī)物/處理含金屬離子廢水/循環(huán)冷卻水的處理。

在飲用水處理中，臭氧主要用于三個(gè)方面：1）臭氧預(yù)處理，在常規(guī)凈水工

藝前增設(shè)臭氧工藝;2）臭氧-生物活性炭處理，（）3與顆?；钚蕴拷Y(jié)合，在

常規(guī)凈水工藝后，對(duì)水作深度處理，以除去各種有機(jī)物和色、嗅、味等;3）

臭氧消毒，用以代替氯對(duì)水進(jìn)行消毒

18.與化學(xué)藥劑處理法相比，臭氧法具有以下特點(diǎn)：

能有效地控制有機(jī)微生物，使循環(huán)水中的C0D和AOX的數(shù)量都被抑制在很

低的水平，從而得到優(yōu)良的水質(zhì)；系統(tǒng)能在高濃縮倍數(shù)下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)零

排污，節(jié)約水量，比化學(xué)藥劑法節(jié)約1/2—2/3；系統(tǒng)內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象,

同時(shí)，系統(tǒng)中原來形成的垢也能被有效去除；臭氧對(duì)系統(tǒng)具有良好的緩蝕

作用；適應(yīng)pH值范圍寬；運(yùn)行費(fèi)用大大低于化學(xué)藥劑。

19.硫酸根自由基定義：硫酸根自由基(S04-?)是具有較高氧化還原電位

的自由基(E0=2.5v-3.lv),因此硫酸根自由基被認(rèn)為在理想的條件下

可以氧化絕大多數(shù)的有機(jī)物。通常是利用分解Oxone或過硫酸鹽的方式

產(chǎn)生硫酸根自由基。

20.硫酸根自由基的活化生成：加熱活化法；過渡金屬離子活化法；UV活

化法；Fe()活化法；活性炭活化法；納米Fe3()4活化法；氫氧化亞鐵溶

膠活化；(單過硫酸氫鹽可經(jīng)光、熱、催化等方式激發(fā)后，雙氧鍵斷裂,

產(chǎn)生硫酸根自由基(S04一)o活化原理如式：

S05+heat/UV/其他一S0J+[0])

21.硫酸根與有機(jī)物的一般作用方式：奪氫作用、電子轉(zhuǎn)移作用、加成作

用、(氧化作用)

22.濕式氧化法：在高溫(150-350℃)和高壓(5-20MPa)下，用氧氣或

空氣作為氧化劑，氧化水中溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機(jī)物或還原態(tài)的無機(jī)

物，生成二氧化碳和水等小分子物質(zhì)的技術(shù)。

23.催化濕式氧化技術(shù)：在傳統(tǒng)的濕式氧化處理體系中加入催化劑降低反

應(yīng)的活化能，從而在不降低處理效果的情況下，降低反應(yīng)溫度和壓力，

用氧氣或空氣作為氧化劑，氧化水中溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機(jī)物或還原

態(tài)的無機(jī)物，生成二氧化碳和水等小分子物質(zhì)的技術(shù).

24.典型的濕法氧化工藝流程圖：

8

典型的濕式氧化工藝流程

L待處理廢水；2.增壓泵；3.空壓機(jī)；4.熱交換器；5.濕式

氧化反應(yīng)器；6,氣液分離器3反應(yīng)后氣體S出水.?

25.光催化的定義：就是光催化劑在光的作用下發(fā)生催化作用概括說來。

半導(dǎo)體材料在光的照射下，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并促進(jìn)有機(jī)物的分

解，這一過程稱為光催化。

◎光催化劑：一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的

物質(zhì)。利用光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)所需的能量，產(chǎn)生催化作用，使周圍

的氧氣與水分子激發(fā)成極具氧化力的自由基或負(fù)離子。

◎光催化劑在光照條件（可以是不同波長(zhǎng)的光照）下所起到催化作用的化

學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為光催化反應(yīng)。

◎光催化一般是多種相態(tài)之間的催化反應(yīng)。

26.為什么要求Ti02光催化對(duì)很多有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附作用？

答：TiO2光催化分解水中污染物的過程中，表而產(chǎn)生的0H-基團(tuán)起著決

定性的作用，因而參加反應(yīng)的物質(zhì)以吸附在表面上的為主。有機(jī)物在催

化劑表面被氧化要經(jīng)過擴(kuò)散、吸附、表面反應(yīng)以與脫附等步驟。

27.光催化技術(shù)的技犬特征：1）低溫深度反應(yīng)；2）綠色能源；3）氧化性

強(qiáng)；4）壽命長(zhǎng)；5）廣譜性

光觸媒（光催化）的作用：抗菌性；空氣凈化；除臭；防霉防藻；防

污自潔

28.TiO2光催化材料的特性：1）合適的半導(dǎo)體禁帶寬度;2）具有良好的抗

光腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性；3）廉價(jià)，原料來源豐富，成本低：4）光催化活

性高（吸收紫外光性能強(qiáng)；禁帶和導(dǎo)帶之間的能隙大，光生電子的還原性

和空穴的氧化性強(qiáng)）；5）對(duì)很多有機(jī)污染物有較強(qiáng)的吸附作用

29.TiO2光催化劑的改良：（促成?0H的生成與提高電子-空穴對(duì)分離

效率是提高光催化氧化反應(yīng)速率和效率的重耍途徑），1）TiO2表面貴金

屬沉積；2）金屬離子摻雜，金屬離子摻雜把金屬離子引入到Ti02的晶格

缺陷位置，金屬離子是電子的良好接受體，可以捕獲電子，由于金屬離

子對(duì)電子的爭(zhēng)奪，減少了TiO2中光生電子和空穴的復(fù)合幾率，而產(chǎn)生更

多的?（）H,提高光催化效率；3）加入氧化劑，向體系中加入氧化劑，使

得催化劑表面的電子被氧化劑捕獲，可以有效地抑制電子和空穴復(fù)合，

提高光催化的效率；常用的氧化劑有03,02,H2O2,Fe3+等；4）復(fù)合光

催化劑；5）添加光敏化劑，光敏化劑作用是將光活性化合物化學(xué)吸附或

物理吸附于光催化劑表面，從而擴(kuò)大激發(fā)波長(zhǎng)范圍，增加光催化反應(yīng)的

效率。

30.Ti02在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷：

1）.光生載流子容易重新復(fù)合，導(dǎo)致光量子效率很低。

2）.帶隙能較寬，只能被波長(zhǎng)較短的紫外線激發(fā)，這些紫外線占太陽能

射線的4%、5%,太陽能利用率較低

32.硫酸根自由基用在水處理中的優(yōu)點(diǎn)：1）具有極強(qiáng)的氧化性；2）更易

溶于水溶液中，便于產(chǎn)生的硫酸根自由基快速與水中的有機(jī)接觸并產(chǎn)生

氧化作用，混溶性良好，使分解速率更高；3）性質(zhì)穩(wěn)定，便于存放；4）

可適應(yīng)的pH范圍較廣（pH=2-10）,這增大可以處理廢水的范圍，不論酸

性、堿性廢水，都對(duì)硫酸根自由基的反應(yīng)活性影響不大；5）不揮發(fā)或不

產(chǎn)生氣體，不會(huì)導(dǎo)致濃度因?yàn)閾]發(fā)降低硫酸根自由基的產(chǎn)量；6）在水溶

液中存在更長(zhǎng)時(shí)間，一般情況存活時(shí)間可達(dá)到約4s左右的半衰期，較長(zhǎng)

的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為其更多的降解有機(jī)污染物贏得了時(shí)間。

33.例題：Ti02在紫外光的作用下，可以降解活性染料X3B。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)

在溶液中加入少量的Fe3+后，X3B的降解速率大大增加。試解釋原因。

答：Fe3+奪取光生電子的能力要大于分子氧。Fe3+通過快速轉(zhuǎn)移光生電子,

抑制了載流子的復(fù)合，增加了空穴濃度。因此，X3B的降解速率大大加快。

34.什么是高級(jí)氧化技術(shù)？環(huán)境光催化技術(shù)的共性.

答：高級(jí)氧化技術(shù)是指以羥基自由基為主要氧化物種的氧化過程。常用的

高級(jí)氧化技術(shù)有TiO2光催化、雜多酸光催化、Photo-fcnton反應(yīng)、Fe3+

光解和儆菁光敏化等。這些光催化技術(shù)的共性是產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的活

性氧物種，如空穴（h+）、羥基自由基（?0H）、單線態(tài)氧（021）和超氧自

由基（02-）等。在這些活性物種的作用下，有機(jī)污染物不停地發(fā)生氧化

降解，直至徹底礦化。

35.Photo-fenton反應(yīng)降解有機(jī)污染物的原理？

H3+

2O2Fe、/HO2（=>X3B

2人2+人H。

X3BC=i.OHFeH2°2

Fenton反應(yīng)原理：

Fe2+離子能促進(jìn)H2O2的分解，產(chǎn)生羥基自由基，自身被氧化為Fe3+0Fe3+

也可以被H202還原，實(shí)現(xiàn)自身的循環(huán)，而H202被氧化為超氧自由基。羥

基自由基和超氧自由基具有很強(qiáng)的氧化能力，使水中的有機(jī)污染物發(fā)生

降解和礦化。

在光的作用下，F(xiàn)enton反應(yīng)的速率大大加快。因而，有