臭氧催化劑在印染廢水中的應用

臭氧高級氧化技術在水處理中扮演著重要角色，它通過產生強氧化性的羥基自由基來分解水中的有機污染物。然而，單獨使用臭氧時，其氧化能力受到限制，因為臭氧的直接反應速率較慢，且臭氧在水中的溶解度和穩定性不高。因此，引入非均相臭氧催化劑變得十分必要。這些催化劑能夠提高臭氧的分解效率，從而增強氧化過程。

非均相臭氧催化劑是指在不同相態中工作的催化劑，它們可以是固體、液體或氣體。在處理臭氧催化反應時，不同載體的催化劑具有各自的優缺點：

1. 金屬氧化物基催化劑：這類催化劑通常具有較高的催化活性和穩定性，但可能面臨成本較高和對環境敏感的問題。

2. 分子篩基催化劑：分子篩具有良好的熱穩定性和選擇性，但其合成成本較高，且在某些條件下可能失活。

3. 碳基催化劑：碳基催化劑，尤其是碳納米管和石墨烯等碳材料，具有以下優勢：

- 高比表面積：提供更多的活性位點，增強催化效率。

- 良好的化學穩定性：在多種化學環境下保持穩定，不易被腐蝕。

- 可調節的孔結構：通過改變碳材料的孔徑和分布，可以優化催化劑的性能。

- 環境友好：碳材料來源廣泛，制備過程相對環保。

- 可回收性：碳基催化劑通常易于回收再利用，減少資源浪費。

綜上，以碳基材料作為載體的非均相臭氧催化劑具有顯著的優勢。碳基材料如活性炭、碳納米管和石墨烯等，因其獨特的物理化學性質，如高比表面積、良好的導電性和化學穩定性，使得它們成為理想的催化劑載體。這些碳基載體能夠有效地吸附水中的有機污染物，并促進臭氧分子的分解，生成更多的羥基自由基。

科力邇碳基臭氧催化劑（KHC-PC1001）

碳基材料廣泛存在于自然界中，大多通過煤、生物質等燃料熱解產生。在煤炭或生物質熱解過程中揮發分的釋放導致其內含大量孔隙結構，燃料中包含的大分子經過一次反應斷鍵形成多種中間產物，這些中間產物經過二次反應生成最終產物。碳基材料表面一般含有豐富的含氧官能團，同金屬基催化材料相比，碳基催化材料成本相對較低，具有較好比表面積、發達的孔隙結構，具有優良的吸附能力。同時，其發達的孔隙結構和高比表面積能夠為活性催化組分的負載提供空間和表面支撐。

科力邇選用碘值1100以上，比表面積1400m2/g的活性炭為基質制備出一種高活性的非均相臭氧催化劑——KHC-PC1001，其微觀結構如下圖所示。其具有的高比表面積為催化反應提供了更多的活性位點，在多種化學環境下都表現出良好的穩定性，這使得該型碳基臭氧催化劑在酸、堿和有機溶劑中都能保持較好的催化性能。碳基臭氧催化劑還具有優異的電子傳輸能力，這有助于加速催化反應中的電子轉移過程，同時碳基臭氧催化劑毒性較低，且材料來源廣泛，易于回收利用，符合綠色化學和可持續發展的要求。

碳基質微觀結構

產品優勢

該型碳基臭氧催化劑的優勢主要包括以下幾點：

1）高比表面積：具有非常高的比表面積（約1300m2/g），這使得它能夠提供大量的活性位點，提高催化效率。

2）多孔結構：多孔結構有助于提高活性組分的分散性，減少催化劑顆粒的團聚現象，從而提升催化活性和穩定性。

3）化學穩定性：材料具有良好的化學穩定性，可以在多種化學反應條件下保持結構不變，保證催化劑的長期使用。

4）機械強度：通常具有較好的機械強度，這有助于在反應過程中保持催化劑的完整性，減少磨損和破碎，年磨損率＜2%。

5）可調節的孔徑分布：通過不同的制備方法和后處理技術，可以調節孔徑分布，以適應不同大小催化劑顆粒的需求。

6）易于回收和再生：在使用后可以通過簡單的物理或化學方法進行回收和再生，便于重復使用，減少環境污染。

8）應用廣泛：它們可以用于處理各種類型的工業廢水，包括但不限于紡織、造紙、電子、制藥和食品加工等行業，催化效果好、材料來源廣泛，容易再生，環境友好，具有廣闊的應用前景。

應用領域與案例分析

染料廢水

染料廢水成分復雜、水質變化大、色度深、濃度大，處理困難。處理方法主要有氧化、吸附、膜分離、絮凝、生物降解等。這些方法各有優缺點，其中活性炭能有效地去除廢水的色度和COD?；钚蕴刻幚砣玖蠌U水在國內外都有研究，但大多數是和其它工藝耦合，碳基臭氧催化劑對染料廢水有良好的脫色效果。染料廢水的脫色率隨溫度的升高而增加，而pH值對染料廢水的脫色效果沒有太大的影響。在最佳氧化工藝條件下，酸性品紅、堿性 品紅廢水的脫色率均>97%，出水的色度稀釋倍數≤50倍，COD<50 mg/L，達到國家一級排放標準。

科力邇使用KHC-PC1001臭氧氧化工藝處理某工廠混合染料廢水以及亞甲基藍廢水，其效果圖如下圖所示，混合染料廢水中包括亞甲基藍、甲基紅、甲基橙、羅丹明等多種染料，色度＞10000，TOC超過2000mg/L，經臭氧催化氧化處理后，臭氧投加量為200ppm時，脫色率超過99.9%，礦化率超過45%；亞甲基藍廢水色度＞1000，TOC＞500mg/L,在臭氧投加量為100ppm時，脫色率超過99.9%，礦化率超過47%。

KHC-PC1001處理混合偶氮染料廢水、亞甲基藍染料廢水效果圖

科力邇碳基臭氧催化劑，獨特的制備工藝，確保了催化劑表面擁有極高的活性位點密度，從而顯著提升了催化效率。此外，科力邇還注重催化劑的穩定性與耐用性，通過特殊的表面處理與結構設計，有效延長了催化劑的使用壽命，降低了用戶的使用成本。

與市面上的其他臭氧催化劑相比，科力邇碳基臭氧催化劑展現出了顯著的優勢。在催化效率方面，科力邇產品能夠更快、更徹底地完成臭氧的生成與分解，為用戶帶來更高的生產效率與更優質的產品質量。在環保性能方面，科力邇催化劑在催化過程中幾乎不產生任何有害物質，真正實現了綠色、環保的生產理念。

綜上所述，科力邇碳基臭氧催化劑催化效率高、環保性能優秀，具有良好的應用前景。