Kinetics and mechanism of the reaction between ozone and hydrogen peroxide in aqueous solutions

Authors

  • Chiang-Hai Kuo,

    Corresponding author
    1. Swalm School of Chemical Engineering, Mississippi State University, Mississippi State, MS 39762, USA
    • Swalm School of Chemical Engineering, Mississippi State University, Mississippi State, MS 39762, USA
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  • Li Zhong,

    Corresponding author
    1. Swalm School of Chemical Engineering, Mississippi State University, Mississippi State, MS 39762, USA
    2. South China University of Technology, Guangzhou, China
    • Swalm School of Chemical Engineering, Mississippi State University, Mississippi State, MS 39762, USA
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  • Mark E. Zappi,

    1. Swalm School of Chemical Engineering, Mississippi State University, Mississippi State, MS 39762, USA
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  • Andrew P. Hong

    1. Department of Civil and Environmental Engineering, University of Utah, Salt Lake City, UT 84112, USA
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Abstract

A kinetic model has been developed, taking into account both decomposition of ozone molecules and interactions between ozone and hydrogen peroxide for formation of hydroxyl radical and subsequent reactions. Experiments were carried out at 25°C in the pH range of 3 to 13, indicating that the depletion rate of ozone increases with the concentrations of ozone, hydrogen peroxide and hydroxyl ion, as predicted by the kinetic model. Adverse scavenging reactions, however, also play significant roles at sufficient concentration ratios of hydrogen peroxide to ozone and high concentrations of hydroxyl ion in reducing the depletion rate. Results of this research suggest, that it is most desirable to conduct the peroxone oxidation for pollutant destruction by the hydroxyl radical reaction in alkaline solutions of pH below 11, while maintaining about the same concentration of ozone and hydrogen peroxide.

Abstract

On a mis au point un modèle cinétique tenant compte de la décomposition des molécules d'ozone et des interactions entre l'ozone et le peroxyde d'hydrogène pour la formation de radicaux d'hydroxyle et les réactions subséquentes. Des expériences ont été menées à 25°C et dans une gamme de pH de 3 à 13, qui indiquent que la vitesse d'épuisement de l'ozone augmente avec les concentrations d'ozone, de peroxyde d'hydrogène et d'ion d'hydroxyle, comme le prédit le modèle cinétique. Cependant, des réactions de destruction inverses jouent également un rôle important, à des rapports de concentration entre le peroxyde d'hydrogène et l'ozone suffisants et à de fortes concentrations d'ion d'hydroxyle, dans la réduction de la vitesse d'épuisement. Les résultats de cette recherche suggèrent qu'il est extrêmement avantageux d'effectuer l'oxydation du peroxone pour la destruction de polluants par la réaction des radicaux hydoxyle dans des solutions alcalines de pH inférieures à 11, tout en maintenant à peu près la même proportion d'ozone et de peroxyde d'hydrogène.

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