零价锌粉协同臭氧降解对氯硝基苯的研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

对氯硝基苯作为一种重要的基础有机原料广泛用于颜料、染料、医药、有机农药生产等行业［1］。但由于其不易降解的特性，大量的对氯硝基苯残留在水体、土壤以及大气中，严重影响人体健康，对生态系统构成严重的威胁。目前多采用化学法来降解对硝基氯苯，其中包括臭氧氧化以及零价金属还原［2］。

近年来，臭氧氧化技术由于其强氧化性、无二次污染等特点应用于饮用水消毒以及污水中有机污染物的氧化去除［3］。然而，臭氧虽具有较强的氧化性，但却具有极高的选择性，使得臭氧在水处理过程中对难降解物质的去除率低，很难彻底去除水中的toc和cod，其矿化率较低。因此，如何增强臭氧化效率，提高臭氧的利用率一直是人们关注的热点。目前，研究主要集中的方向是催化臭氧化技术。催化臭氧化技术是指利用反应过程中产生具有强氧化性的自由基，尤其是羟基自由基，氧化分解有机物，从而达到去除水中有机污染物的目的。催化臭氧化技术根据使用的催化剂不同可以分为两类，即均相催化臭氧化技术以及非均相催化臭氧化技术。均相催化臭氧化技术所使用的催化剂一般为过渡金属离子，例如fe(ii)，fe(iii)，mn(ii)，co(ii)，ni(ii)，cd(ii)，cu(ii)，ag(i)，cr(iii)，zn(ii)等［4］。与均相催化臭氧化技术相比，非均相催化臭氧化具有催化剂制备工艺简单，易于回收处理，水处理成本较低，活性高等优点，因而日益受到研究者的关注，成为当前研究的热点。对于非均相金属催化臭氧化反应，以负载在载体上的金属或金属氧化物为催化剂的居多，主要包括tio2,mno2,al2o3。yang等人采用tio2作为催化剂催化臭氧氧化硝基苯取得了良好的去除效果，并通过电子顺磁共振(epr)技术鉴定了o3/tio2体系中oh的生成，证明tio2催化臭氧反应遵循自由基生成机理［5］。andreozzi等人用mno2催化臭氧氧化草酸，提高了草酸的去除率并且提出其原因主要是形成了草酸和锰的复合物，而非在体系中生成oh作用于目标污染物［6］。目前关于金属催化臭氧化的研究中，以零价铁的研究居多。quiroz等人利用单质fe催化臭氧对工业废水进行处理，发现当溶液ph=7，处理60min后，单独臭氧体系对废水中cod、色度、浊度的去除率分别为45%、82%、55%，然而相同操作条件下fe/o3体系对废水的处理效果有明显提高，其cod、色度、浊度去除率分别达到80%、90%、99%［7］。zhang等人将零价fe负载在碳纳米管(cnts)上用于催化臭氧去除亚甲基蓝，研究发现该反应体系对亚甲基蓝具有显著的降解效果。但据实验表明，零价锌具有比零价铁更高的还原活性，从热力学方面来讲，zn更易与臭氧发生氧化还原反应。基于此理论，zn/o3体系可能对有机物具有更好的降解去除效果［8］。同时与零价铁相比，零价锌在反应过程中不会产生有颜色的物质。gangwen.的研究也发现，锌在降解邻苯二甲酸二正丁酯时与臭氧具有明显的协同作用［9］。因此，本课题旨在研究零价锌协同臭氧对目标污染物对氯硝基苯的降解效果，希望通过实验可以为零价zn催化o3这一新颖的异相催化臭氧化技术为天然水体中有机污染物的降解提供一定的帮助。

参考文献：

2. 研究的基本内容和问题

1、研究目标

（1）明确在零价锌协同臭氧降解对氯硝基苯的体系中，锌与臭氧是否具有明显的协同作用。

（2）明确各反应因素如锌粉用量、溶液ph、温度等对zn/o3体系降解对硝基氯苯的影响规律。

3. 研究的方法与方案

1、研究方法以及实验方案

（1）装置准备：试验装置（图1）主要包括四部分：（1）臭氧发生装置，臭氧由空气泵以及wh-臭氧发生器（南京沃环科技实业有限公司）产生，通过塑料导管通入到反应瓶中；（2）反应装置，反应液体积为50ml，溶液置于150ml单口烧瓶中，试验中通过szcl-a型数显智能控温磁力搅拌机控制温度以及进行磁力搅拌；（3）取样装置，反应过程中取样通过导管实现，导管一段置于反应液中，另一端连接注射器，一定时间间隔利用注射器完成取样；（4）尾气处理装置，从反应液中溢出的气体通入到盛有1mol/lki溶液的洗气瓶中，用于吸收未参与反应的o3气体。为了保证尾气吸收完全，通常连接2个洗气瓶用作尾气处理。

（1）测定反应物浓度变化：对氯硝基苯浓度通过气相色谱仪(ecd检测器，安捷伦6820)进行检测，色谱柱为hp-5毛细管柱，柱温145℃，进样口温度240℃，检测器温度300℃，进样量为1l。

4. 研究创新点

关于对氯硝基苯的降解的研究很多，如臭氧氧化法、零价金属还原法等。但是将零价金属与臭氧协同起来降解对氯硝基苯的研究较少。本实验主要探讨在零价金属催化下臭氧降解对氯硝基苯的效果以及不同因素对反应的影响，进一步为天然水体中有机污染物的降解提供一定的帮助。

5. 研究计划与进展

第一阶段：研究不同反应体系对污染物对氯硝基苯的降解情况。

第二阶段：研究锌粉用量、温度、溶液ph、反应物初始浓度等条件对zn/o3体系降解对氯硝基苯的影响。

第三阶段：分析实验数据，得出结论，撰写毕业论文。