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2.2 因素效应分析
为了更好地考察臭氧通量、光催化剂投加量、初始pH 和反应时间交互作用对COD 去除效果的影响,绘制了反应三维曲面图和等高线图。
当初始pH 7,反应时间70 min,臭氧通量与光催化投加量的交互作用见图6。
当pH 为7,光催化剂投加量为0.3 g/L,臭氧通量与反应时间的交互作用见图7。
当臭氧通量为1.5 L/min,反应时间为70 min时,光催化剂投加量与pH 的交互作用见图8。
当臭氧通量为1.5 L/min,初始pH 为7 时,光催化剂投加量与反应时间的交互作用见图9。
由上述的三维反应曲面图及其对应的等高线图可知,反应过程中始终存在光催化和臭氧氧化这两个同时进行的反应单元,其中的TiO2/AC 催化剂既是光催化剂也是臭氧催化氧化的催化剂。当催化剂的投加量较少,反应时间较长时,光催化单元占主导地位,作为载体活性炭大量吸附溶液中的污染分子,创造出一个高浓度的污染物环境,通过传质平衡将污染分子转移到TiO2分子表面,污染物分子与TiO2光反应产生的大量的˙OH 进行反应,通入的O3因为催化剂投入量的不足,主要是在紫外光照射下,形成少量的˙OH 参与催化氧化过程,延长反应时间增加催化氧化的时间可以显著提高COD 的去除效率。当催化剂投加量较大,反应时间较短时,此时的臭氧催化氧化单元占主导地位,在很短的时间内具有大比表面积的载体将污染物分子与O3一同吸附至催化剂的表面,增加了O3与污染物质的接触效率,同时,由于高浓度的O3环境,使更多的O3分解成为氧化性能更强的˙OH,在很短的时间内完成催化氧化反应。如果一方面增加催化剂的投加量,一方面增加反应时间,COD 的去除率提高明显,最终可以达到将近100%。
2.3 工艺优化
优化目的是寻找最佳反应条件使得响应值最大化,即寻找处理效果最好的工艺条件。根据响应面二次多项式回归方程,使用Design Expert软件,求解COD 去除率的最大值,得到优化条件见表4。
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