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曝气-AOPs水处理工艺具有反应强度大、操作简便等多方面应用优势,提升总化学反应效率以及控制羟基自由基(HO·)为主的氧化路径是应用曝气-AOPs技术需要重点考虑的方面。功能性介质作为多相流中固相,既可能通过相间作用改善气-液传质效率,又可能通过表面活性催化或促进体相反应生成HO·。研究和开发活性介质对曝气-AOPs化学过程控制作用对改善体系设计和强化反应效率具有重要的意义。考虑到臭氧氧化和内电解作为主要曝气-AOPs工艺具有不同的技术特征,本论文选取碳纳米管(CNTs)为功能性介质,亚甲基蓝(MB)为模型污染物,以提升AOPs效率为研究指向,围绕促进多相流气-液传质、催化或协同臭氧氧化、强化内电解材料制备三个方面展开研究工作,从多个化学角度考察CNTs介质在曝气-AOPs过程强化方面潜在的应用价值。研究工作所得出的主要结论如下,(1) CNTs微粒介质具有增强曝气体系气-液传质效率的能力,材料对比研究表明这种改善传质的“介质效应”是受介质物理化学性质(经分析主要是密度和粒径)、投加量以及流体搅拌能耗三方面共同影响的结果。根据实验现象推测出介质可能的作用机理,即通过对传质膜区频繁碰撞减薄作用而降低气-液传质阻力。建立了介质浓度变化影响气-液传质系数规律的数学模型,结果与实验数据吻合度较高,证实了膜层减薄效应机理描述的合理性。(2)通过与单纯O3体系在HO·生成速率和溶液矿化能力对比,以及与粒状活性炭(GAC)在MB脱色效率方面的比较,得出CNTs介质自身具有良好的催化臭氧AOPs反应性能,但这种能力受溶液pH值影响较大,即碱性环境更有利于其发挥催化作用。考察了H2O2和HO·浓度在不同反应体系下随溶液pH变化规律,论证了碱性环境下CNTs介质可能的催化臭氧AOPs路径,即通过表面化学性质加速体相H202被溶解O3分子消耗从而促进HO·生成。通过化学沉积在CNTs表面负载零价铁颗粒制备成性能良好的酸性溶液环境臭氧AOPs促进剂,有效改善了较低pH环境下(pH3)臭氧AOPs反应效率。(3)以CNTs介质为活性阴极材料,通过对其氧化预处理得到CNTs,o、电泳沉积原位固定与零价铁板表面、高温焙烧增强材料稳定性等重要步骤,制备成铁-碳一体化高性能内电解材料(Fe0-CNTs,o),通过MB氧化降解实验得到了验证。氧化预处理通过改变CNTs表面化学性质强化内电解AOPs过程,且电泳时间存在合适范围(3min左右)对应的Fe0-CNTs,o材料反应活性较高。对收集到的相关溶液化学信息分析表明,内电解AOPs通过发生类芬顿链条反应生成HO·来完成,溶液pH和溶解氧(DO)之间的化学计量关系对诱导内电解过程产生HO·具有重要的控制作用。