高级氧化的实质及工艺实现

      高级氧化的实质是•OH主导的有机物氧化；•OH关键特征是寿命只有纳秒级。这是学术界公认的，但在实验研究、特别是工程实践中是否重视了这一实质和特征呢？恐怕不够！

      有研究表明：催化剂表面产生•OH，其作用域距离仅约35nm。如何通过“传质”实现•OH与有机物分子碰撞，这是工艺开发必须关注的。工艺上“传质”手段仅为水流紊动（不加热前提下）；但水中分子存在“热运动”，表现在微小颗粒上就是显微镜可观察的“布朗运动”，对微观尺寸的传质具有重大贡献，可以认为它扩展了•OH氧化有机物的“作用域”。

      那么这个“作用域”有多大呢？爱因斯坦早期的论文（呵，牛）有报道“在17℃水中的悬浮粒子在1分钟时间里的平均位移大约是6μm”。这是“布朗运动”，是分子热运动撞击悬浮粒子不平衡产生的结果。分子热运动震荡的范围，涉及到扩散“传质”，这个距离估算为10μm不会偏大（限于学科知识，我没能找到计算方法，相信相关学科很容易解决这一问题）。

      由此，我们可以推算工艺上对催化剂比表面积的要求。设表面为催化成份的规整填料孔隙孔径为D，•OH作用域距离为∆R，作用域占微通道体积比约为4∆R/D；也就是说，至少要经过D/4∆R次完全更换传质，才能使水流全部经过•OH作用域。若D为1mm、∆R为10μm，则需要25次更换传质；若孔径长（填料高度决定）为2500mm，则需要“径长比”为100时更换传质一次，这容易做到。但若D为10mm，则每1“径长比”需更换传质一次，这很难做到。况且后者的比表面积及•OH产量只有前者的1% 。由此证明了填料“微通道”结构的重要性。当然，这只适用于催化臭氧，因为它的催化剂是真实化学意义的。

芬顿法是Fe2 活化H2O2产生•OH（非化学意义的“催化”）；•OH再氧化有机物：

      这步反应必须进行得很快，否则•OH也就猝灭了。由此，我们在工艺上采用静态混合器作为芬顿反应器，停留时间只有15秒。R•寿命较长，为秒级；根据高级氧化理论，它的后续氧化由分子态氧O2完成。因此，再后续溶气气浮单元，又增添了氧化有机物的功能。由此开发出的新工艺，大大降低了芬顿法的投资。

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