Kinetyka procesów rozpadu ozonu w środowisku kwaśnym w obecności węgla aktywnego
Ozon jest reaktywną alotropową formą tlenu. Stosowany jest jako utleniacz zanieczyszczeń i środek dezynfekcyjny w technologii uzdatniania wody i oczyszczania ścieków. Cząsteczkowy ozon nie jest jednak w stanie zmineralizować wszystkich zanieczyszczeń. Aby zmaksymalizować zdolności utleniające ozonu, rozkłada się go w taki sposób, by generować rodniki hydroksylowe, które są silniejszymi i bardziej uniwersalnymi utleniaczami od samego ozonu. Jednym z potencjalnych sposobów rozłożenia ozonu do rodników hydroksylowych jest rozpad cząsteczek ozonu na powierzchni węgli aktywnych. Choć proces ten był wielokrotnie badany przez ostatnie dekady, nie ma zgodności co do jego przebiegu, mechanizmu, kinetyki, a nawet produktów. Propozycje wyjaśnienia obserwowanych zjawisk są bardzo różnorodne i często przeczą sobie nawzajem. Stabilność ozonu w roztworze silnie zależy od jego pH, gdyż aniony hydroksylowe inicjują łańcuchową reakcję rozpadu ozonu. Z tego powodu, aby skupić się na zjawiskach powierzchniowych, eksperymenty warto prowadzić w niskich pH, by udział homogenicznego rozpadu ozonu w całokształcie procesu rozpadu był jak najmniejszy. Niniejsza praca ma na celu sprawdzenie wątpliwości spotykanych w literaturze, zidentyfikowanie ich źródła i zaproponowanie wyjaśnienia. Szczególną uwagę zwrócono na obserwowaną kinetykę rozpadu ozonu i jak na nią wpływają zmiany parametrów eksperymentalnych. W dalszej perspektywie może przyczynić się do lepszego zrozumienia zjawiska rozpadu ozonu na węglu. To z kolei ułatwi modelowanie zjawisk zachodzących w technologii uzdatniania wody i projektowanie instalacji wykorzystujących te zjawiska. Ozone is a reactive allotropic form of oxygen. It is used as oxidant and disinfectant in water and wastewater treatment technologies. However, molecular ozone oxidation potential is too low to mineralize all impurities. To enhance ozone oxidation abilities, it is decomposed into hydroxyl radicals, which are more powerful and more universal oxidants than ozone. One of prospective methods of ozone decomposition is its reaction with surface of activated carbons. This process was extensively studied for decades. Nevertheless, there is still no consensus on its pathway, mechanism, kinetics or even products. Proposed explanations of observed phenomena are various and often contradictory towards each other. Stability of aqueous ozone depends strongly on solutions’ pH, since hydroxyl anions initiate chain of radical reactions leading to ozone decomposition. For this reason, experiments should be conducted at low pHs, minimizing the share of homogenous ozone decomposition in overall process, therefore allowing to focus on surface phenomena. This work is aimed at checking out the doubts found in literature, identifying sources of these doubts and proposing their explanation. A particular attention is paid to ozone decomposition observed kinetics, and how it is affected by changes of experimental parameters. In further perspective it may contribute to better understanding the process of ozone decomposition on surface of activated carbon. In turn, it may help in modelling new water treatment technologies and in designing of new generation of water treatment installations.
rozpad ozonu, ozone decomposition, węgiel aktywny, activated carbon, kinetyka, kinetics, niskie ph, low ph, mechanizm, mechanism
Networked Digital Library of Theses and Dissertations