高級氧化工藝引爆市場！專利非均相臭氧催化劑技術(shù)應(yīng)用于污水處理

高級氧化技術(shù)主要通過產(chǎn)生羥基自由基（·OH：E0=2.8 V）實(shí)現(xiàn)難降解有機(jī)物的降解和礦化。常用的高級氧化技術(shù)有芬頓氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法、電化學(xué)氧化法等。相比于其他高級氧化技術(shù)，臭氧氧化能力強(qiáng)，可通過直接反應(yīng)（O3：E0=2.07 V）或間接產(chǎn)生·OH與廢水中的化合物反應(yīng)。臭氧氧化具有反應(yīng)效率高，無二次污染的優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中可以有效地消毒、除色，因而被廣泛應(yīng)用于處理高濃度和難降解的有機(jī)廢水，例如城市廢水、工業(yè)廢水、造紙工業(yè)廢水和染料工業(yè)廢水。

傳統(tǒng)的臭氧氧化工藝存在一些缺點(diǎn)，如氣態(tài)臭氧利用率低、工藝選擇性差以及有機(jī)物氧化不完全等。因此，有必要開發(fā)改進(jìn)的臭氧化工藝，既能提高臭氧傳質(zhì)，又能促進(jìn)·OH 的產(chǎn)生。研究表明在臭氧氧化反應(yīng)過程中，催化劑的加入促進(jìn)反應(yīng)中活性基團(tuán)·OH 的產(chǎn)生并且可提高臭氧的直接氧化能力，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的深度處理。如圖1所示，基于催化劑在溶液中的不同存在形態(tài)，臭氧的催化氧化技術(shù)可以分為均相臭氧催化氧化和非均相臭氧催化氧化。

圖1.臭氧催化氧化技術(shù)分類

均相催化劑加入可以協(xié)同臭氧氧化，其反應(yīng)催化機(jī)理可分為兩種：

①過渡金屬離子催化臭氧產(chǎn)生更多·OH；

②在催化劑與有機(jī)物或臭氧之間形成絡(luò)合物，提高臭氧與污染物的接觸時(shí)間和反應(yīng)效率。

但實(shí)際過程中催化劑金屬離子不易回收，產(chǎn)泥量大造成二次污染，同時(shí)水處理成本較高，這使臭氧均相催化受到限制。

圖2. 非均相催化氧化體系中催化劑與臭氧對有機(jī)物的作用途徑

為解決上述難題，科力邇自主研發(fā)了一種非均相芬頓催化劑并獲得專利授權(quán)，將具有催化性能的過渡金屬離子通過摻雜、吸附、接枝改性等手段固定在固體催化劑載體之上，使用的過渡金屬離子包括Cu、Fe、Mn，Co、Zn、Ce、Ni、Cr中的一種或幾種。

這類催化劑催化臭氧氧化的主要作用機(jī)理有：

①固體催化劑催化臭氧產(chǎn)生更多·OH 氧化污染物；

②有機(jī)污染物吸附到固體催化劑上，方便臭氧與污染物進(jìn)行反應(yīng)；

③催化劑的吸附和催化共同作用降解有機(jī)污染物；

如圖2所示，臭氧在金屬氧化物（如 Al2O3、TiO2等）的路易斯中心上分解，臭氧分解發(fā)生在金屬氧化物表面的羥基上，這些活性點(diǎn)位均被視為促進(jìn)臭氧分解的潛在催化中心。因此，負(fù)載型催化劑的性能主要取決于催化劑與載體的協(xié)同作用。

圖3. 科力邇自主研發(fā)的專利非均相臭氧氧化催化劑

科力邇非均相催化劑通過大量實(shí)驗(yàn)及工程驗(yàn)證，優(yōu)化各組分配比，開發(fā)出具有高適應(yīng)性和催化活性的催化劑。采用多段精準(zhǔn)溫控?zé)Y(jié)技術(shù)，在保證活性的同時(shí)，提高催化劑的穩(wěn)定性，有效減少使用過程中的流失率，防止二次污染。采用特殊造孔技術(shù)比表面積可達(dá)250 m3/g以上；氧化效率比單純臭氧氧化提高2～5倍，且不易污染、結(jié)垢和堵塞，使用壽命超過五年；可長周期運(yùn)行。