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在非均相催化臭氧氧化系统中，一般有三种可能的反应机理
臭氧化学吸附在催化剂表面，生成活性物质后与溶液中的有机物反应。这种活性物质可能是.OH，也可能是其他形态的氧气。
有机物分子通过化学键的作用吸附在催化剂表面，进一步与气相或液相中的臭氧反应。首先，有机物迅速被催化剂载体吸附，载体表面的氧化物与其形成一些小厨房，然后这些小厨房被臭氧和OH氧化。
臭氧和有机物分子同时被吸附在催化剂表面(络合物的作用)，之后两者发生了反应。从还原状催化剂开始，臭氧会氧化金属，臭氧在还原状金属上的反应会生成?OH，有机物被氧化的催化剂吸附，然后通过电子转移反应氧化，再次生成还原状的催化剂。有机物容易从催化剂中吸出(脱附)，然后进入本体溶液，或者被OH和臭氧氧化。
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