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东华大学、同济大学联合团队在《Environmental Technology》发表重要成果， 采用行恒科技有限公司提供的微纳米气泡发生器，构建臭氧/微纳米气泡耦合系统，成功实现柴油车尾气中NO、SO₂和CO的高效同步脱除，在最优条件下脱除效率分别达到86.3%、92.1%和65.4%，为移动源尾气治理提供创新解决方案。
技术核心：臭氧与微气泡协同氧化机制
本研究创新性地将臭氧强氧化性与微纳米气泡高效传质特性相结合，构建了臭氧/微纳米气泡协同氧化系统。系统通过臭氧直接氧化和微气泡破裂产生羟基自由基(·OH)双重作用，将难溶性污染物氧化为易溶于水的高价态物质，从而实现高效脱除。
实验系统通过臭氧发生器产生臭氧，微纳米气泡发生器制备气泡溶液，在吸收塔内完成气液传质和氧化反应。系统配置如图所示：
关键参数优化与性能提升
pH值的影响规律
研究表明，酸性条件更有利于污染物脱除。在pH=2时达到最佳效果，NO、SO₂和CO的脱除效率分别为81.1%、93.0%和50.9%。pH值对脱除效率的影响趋势如图所示：
盐度浓度的优化效应
适量NaCl可提升脱除效果，最佳浓度为0.5 g/L。此时NO、SO₂和CO的脱除率分别为74.4%、94.3%和51.8%。盐度浓度的影响趋势通过实验数据明确展示：
锰离子的催化作用
Mn²⁺作为催化剂显著提升氧化效率。在Mn²⁺浓度为3 mmol/L时，NO和SO₂脱除效率达到73.4%和91.3%。锰离子浓度的影响规律如图所示：
表面活性剂的影响
适量SDS改善传质效率，在4 mg/L时效果最佳。NO、SO₂和CO的脱除效率分别为65.9%、92.3%和44.4%。表面活性剂浓度的影响趋势如下：
系统性能比较与机理验证
不同系统性能对比
Mn²⁺/臭氧/微气泡系统表现最佳，四种系统中脱除效率最高，证实了催化剂与微气泡的协同增效作用。系统性能对比结果如图所示：
自由基淬灭实验
·OH是主要氧化物种。叔丁醇淬灭实验表明，添加叔丁醇后NO、SO₂和CO的脱除效率显著下降，证实·OH在氧化过程中起主导作用。淬灭实验结果如图所示：
反应机理与正交实验分析
反应机理图示
系统通过多路径协同氧化机制实现污染物脱除，包括臭氧直接氧化、羟基自由基氧化和催化增强三条路径。反应机理图清晰展示了完整的氧化路径：
正交实验结论
通过正交实验确定各因素影响显著性：
- NO脱除：Mn²⁺浓度 > SDS > pH > NaCl浓度
- SO₂脱除：NaCl浓度 > SDS > Mn²⁺浓度 > pH
- CO脱除：SDS > pH > Mn²⁺浓度 > NaCl浓度
最优工艺参数：pH=2、NaCl 0.5 g/L、Mn²⁺ 3 mmol/L、SDS 4 mg/L
在此条件下，NO、SO₂、CO脱除效率分别达到86.3%、92.1%、65.4%
技术优势与应用前景
臭氧/微纳米气泡协同技术具有显著优势：
- 高效脱除：多污染物同步高效脱除
- 常温操作：298K条件下低能耗运行
- 协同增效：臭氧与微气泡产生协同效应
- 移动源适用：系统紧凑，适合车载应用
应用前景广阔：
- 柴油车尾气治理：公交车、货运车等移动源尾气净化
- 非道路机械：工程机械、船舶柴油机尾气处理
- 固定源补充：中小型燃煤锅炉烟气治理
本文数据来源：Environmental Technology, 2024, 45(12), 2417-2426. 国家自然科学基金（U1660107）资助项目。
原文链接：https://doi.org/10.1080/09593330.2023.2174047
本项研究由东华大学、同济大学联合团队完成，发表于《Environmental Technology》期刊。
臭氧/微纳米气泡协同技术为移动源尾气治理提供了高效、低耗的技术解决方案，实现了多污染物同步控制。
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