介孔钙钛矿型氧化物催化臭氧降解水中苯并三唑类紫外稳定剂/同步削减溴酸盐生成的作用机制研究

At present, the source water pollution problem was outstanding in China. The emergence of benzotriazole UV stabilizers (BUVSs) and bromate cause dangours for drinking water, and presents a new challenge for the drinking water treatment. Therefore, exploitation of the new, high efficiency and economy technology of drinking water treatment that can synchronous remove BUVSs and reduce the formation of bromate, is of great urgency. In this proposal, synchronous removing BUVSs and reducing the formation of bromate will be obtained by catalytic ozonation of mesoporous perovskite-type oxides (MPTOs). This proposal emphasizes on three poins content below: (1) the roles of surface adsorption/diffusion and interface catalytic reaction in catalytic ozonation; (2) transformation pathway and chemical stoichiometry of BUVSs and bromine compounds in catalytic ozonation; (3) interaction between BUVSs and bromine compounds in catalytic ozonation process; (4) the reaction pathway of synchronous removing BUVSs and controlling the formation of bromate by catalytic ozonaion. This proposal can provide the scientific foundation for the directional synthesis of catalyst, the enrich on the reaction mechanism of catalytic ozonation, the protection of drinking water supply security. Therefore, this research project is of the great scientific importance and the practical value.

目前我国水环境污染问题表现突出，苯并三唑类紫外稳定剂（BUVSs）新型污染物和有毒臭氧化产物溴酸盐的出现，对饮用水水质安全造成极大威胁，给我国饮用水处理技术提出了新的挑战。因此，开发新型、高效、经济的给水深度处理技术，实现同步去除BUVSs/削减溴酸盐副产物生成，保障供水安全刻不容缓。本项目采用介孔钙钛矿型氧化物(MTPOs)催化臭氧氧化技术，实现同步去除BUVSs/削减溴酸盐副产物，重点研究表面吸附/扩散和界面催化作用在同步去除BUVSs/控制溴酸盐过程中的作用；解析BUVSs和溴化物在催化臭氧氧化过程中的形态转化规律和化学计量关系，阐述BUVSs和溴化物在反应过程中的相互作用机制，构建BUVSs降解/同步削减溴酸盐生成量的反应途径。通过本项目的研究，可以为定向制备高催化活性的催化剂提供科学依据，丰富多相催化臭氧氧化界面反应机制，保障饮用水安全供给，具有十分重要的理论和现实意义。

目前我国水环境污染问题表现突出，苯并三唑类紫外稳定剂（BUVSs）新型污染物和有毒臭氧化产物溴酸盐的出现，对饮用水水质安全造成极大威胁，给我国饮用水处理技术提出了新的挑战。因此，开发新型、高效、经济的给水深度处理技术，实现同步去除BUVSs/削减溴酸盐副产物生成，保障供水安全刻不容缓。本项目采用介孔钙钛矿型氧化物(MTPOs)催化臭氧氧化技术，实现同步去除BUVSs/削减溴酸盐副产物。.通过本项目的工作，研究发现LaCoO3及其软模板法制备的介孔LaCoO3在催化臭氧氧化除污染方面具有显著的催化活性，能够较好的控制溴酸盐有毒副产物的生成量。臭氧浓度、背景有机污染物浓度与结构类型、催化剂投量能够显著地影响LaCoO3催化臭氧除污染效果。溶液pH和水中碱度对LaCoO3催化活性的影响较弱，但水中存在的氨氮显著影响其对紫外稳定剂的降解性能。项目研究发现，LaCoO3催化剂中的表面羟基催化和金属Co多价态循环是使其能够催化臭氧的关键，同时由有机污染物降解产生的H2O2能够成为还原溴酸盐的重要活性物种和反应途径。采用质谱手段，鉴定了BUVSs在催化臭氧氧化过程的关键中间产物，发现了3种前人没有发现的降解产物，提出BUVSs的浓度-形态转化规律和降解机理。通过分析无机溴的平衡特点，得出在催化臭氧氧化过程中存在无机溴向有机溴转变的过程和潜在行为，并通过总有机卤分析确定了上述溴化物和有机污染物直接的转化行为。在此基础上，研发了LaCoO3/g-C3N4催化剂，将LaCoO3高效还原溴酸盐和g-C3N4的层状特点相结合，进一步提高催化活性，可以更为有效的提高对目标有机污染物的高效降解。.项目研究成果为饮用水/再生水深度处理技术提供了更为有效的催化臭氧氧化技术和水处理用催化剂。该技术不仅可以高性能降解饮用水/再生水中存在的新型污染物，而且可以有效的削减臭氧副产物溴酸盐，其出水更为安全可靠。本研究提出的钙钛矿催化臭氧氧化技术是一种可行的饮用水/再生水深度处理技术。有关机理的研究成果，能够为定向制备高催化活性的催化剂提供科学依据，丰富多相催化臭氧氧化界面反应机制。