de.wedoany.com-Bericht: Die Harbin-Universität hat herausgefunden, dass die chemische Effizienz des in der Wasseraufbereitung weit verbreiteten Peroxon-Prozesses (peroxone process) möglicherweise lange unterschätzt wurde. Das Forschungsteam enthüllte, dass die stabile Ausbeute an Hydroxylradikalen in diesem Prozess bei etwa 67 % liegt und der Elektronentransfer einer der entscheidenden Initiierungswege ist, was eine neue theoretische Grundlage für die Leistungsoptimierung bestehender Behandlungsanlagen bietet.
Die Wasseraufbereitung ist eine der zentralen Stützen für den Betrieb von Städten, die industrielle Produktion und Logistiknetzwerke. Mit dem Bevölkerungswachstum und steigenden Umweltstandards müssen Betreiber mehr Schadstoffe entfernen und gleichzeitig weniger Ressourcen verbrauchen. Fortgeschrittene Oxidationsverfahren, die Schadstoffe direkt auf chemischem Wege zerstören, stehen im Fokus, wobei Ozon eines der am häufigsten verwendeten Werkzeuge ist. Die Einführung von Wasserstoffperoxid in die Ozonbehandlung, der sogenannte Peroxon-Prozess, gilt als das ausgereifteste fortschrittliche Oxidationssystem. Die Diskrepanz zwischen den chemischen Mechanismen und den technischen Annahmen dieses Prozesses hat es den Betreibern jedoch bisher erschwert, die Behandlungsbedingungen präzise zu optimieren.
Das Forschungsteam des Staatlichen Schlüssellabors für städtische Wasserressourcen und Wasserumwelt der Harbin-Universität besteht aus Yishi Wang (王一石), Wei Qiu (邱伟), Yongbo Yu (于永波) und Jun Ma (马军). Ihre Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift „Environmental Science and Ecotechnology", überprüft den Initiierungsmechanismus der Peroxon-Chemie durch eine Kombination aus Radikalfangexperimenten, Konkurrenzexperimenten und quantenchemischer Modellierung neu.
Die Forscher verwendeten Atrazin und p-Chlorbenzoesäure als Indikatoren, um die Aktivität der Hydroxylradikale während des Behandlungsprozesses zu bewerten. Die Studie zeigt, dass die Einführung von Wasserstoffperoxid unter neutralen Bedingungen einen zuverlässigeren Weg zur Erzeugung von Hydroxylradikalen bietet. Durch vollständige Fangexperimente mit tert-Butanol und Dimethylsulfoxid stellte das Team fest, dass die stabile Ausbeute an Hydroxylradikalen im O₃/H₂O₂-Prozess bei etwa 67 % liegt. Die quantenchemische Analyse ergab, dass die Raten der beiden konkurrierenden Wege – Sauerstoffatomtransfer und Elektronentransfer – ähnlich sind, wenn das Hydroperoxid-Ion an der Reaktion teilnimmt. Die Identifizierung des Elektronentransfers als Hauptinitiierungsmechanismus erklärt, warum frühere Modelle die tatsächliche Behandlungseffizienz nur schwer vollständig widerspiegeln konnten.
Die Studie weist darauf hin, dass die alleinige Messung des Ozonabbaus nicht ausreicht, um die Behandlungseffizienz umfassend zu bewerten. Die Forschungsergebnisse bieten Ingenieuren präzisere Strategien zur Dosierung von Oxidationsmitteln, die dazu beitragen, die Behandlungsbedingungen unter wechselnden Wasserqualitätsbedingungen zu optimieren und die Behandlungseffizienz zu steigern. Die Studie verknüpft die experimentellen Beobachtungen zudem mit der Marcus-Elektronentransfer-Theorie und liefert so eine theoretische Grundlage für die Verbesserung prädiktiver Behandlungsmodelle.
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