水處理催化臭氧技術(shù): 常用的3種催化劑總結(jié)
【無錫水處理設(shè)備http://m.ccdkw.cn】臭氧催化氧化技術(shù)是基于臭氧的高級氧化技術(shù)，它將臭氧的強氧化性和催化劑的吸附、催化特性結(jié)合起來，能較為有效地解決有機物降解不完全的問題。
臭氧催化氧化技術(shù)按催化劑的相態(tài)分為均相臭氧催化氧化技術(shù)和多相臭氧催化氧化技術(shù)，在均相臭氧催化氧化技術(shù)技術(shù)中，催化劑分布均勻且催化活性高，作用機理清楚，易于研究和把握。但是它的缺點也很明顯，催化劑混溶于水，導(dǎo)致其易流失、不易回收并產(chǎn)生二次污染，運行費用較高，增加了水處理成本。多相臭氧催化氧化技術(shù)法利用固體催化劑在常壓下加速液相（或氣相）的氧化反應(yīng)，催化劑以固態(tài)存在，易于與水分離，二次污染少，簡化了處理流程，因而越來越引起人們的廣泛重視。
對于臭氧催化氧化技術(shù)技術(shù)，固體催化劑的選擇是該技術(shù)是否具有高效氧化效能的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，多相催化劑主要有三種作用：
一是吸附有機物，對那些吸附容量比較大的催化劑，當(dāng)水與催化劑接觸時，水中的有機物首先被吸附在這些催化劑表面，形成有親和性的表面螯合物，使臭氧氧化更高效。
二是催化活化臭氧分子，這類催化劑具有高效催化活性，能有效催化活化臭氧分子，臭氧分子在這類催化劑的作用下易于分解產(chǎn)生如羥基自由基之類有高氧化性的自由基，從而提高臭氧的氧化效率。
三是吸附和活化協(xié)同作用，這類催化劑既能高效吸附水中有機污染物，同時又能催化活化臭氧分子，產(chǎn)生高氧化性的自由基，在這類催化劑表面，有機污染物的吸附和氧化劑的活化協(xié)同作用，可以取得更好的催化臭氧氧化效果的。
在多相臭氧催化氧化技術(shù)技術(shù)中涉及的催化劑主要是金屬氧化物（Al2O3、TiO2、MnO2等）、負(fù)載于載體上的金屬或金屬氧化物（CuTiO2、CuAl2O3、TiO2AlO3等）以及具有較大比表面積的孔材料。這些催化劑的催化活性主要表現(xiàn)對臭氧的催化分解和促進(jìn)羥基自由基的產(chǎn)生。臭氧催化氧化過程的效率主要取決于催化劑及其表面性質(zhì)、溶液的pH值，這些因素能影響催化劑表面活性位的性質(zhì)和溶液中臭氧分解反應(yīng)。
1（負(fù)載）金屬催化劑
通過一定方式制備的金屬催化劑能夠促使水中臭氧分解，產(chǎn)生具有極強氧化性的自由基，從而顯著提高其對水中高穩(wěn)定性有機物的分解效果。許多金屬可用于催化臭氧氧化過程中，如鈦、銅、鋅、鐵、鎳、錳等。
2 金屬氧化物
金屬氧化物的合理選用可直接影響催化反應(yīng)機理和效率。一般金屬氧化物表面上的羥基基團(tuán)是催化反應(yīng)的活性位，它通過向水中釋放質(zhì)子和羥基，發(fā)生離子交換反應(yīng)而從水中吸附陰離子和陽離子，形成 Bronsted酸位，而該酸位通常被認(rèn)為是金屬氧化物的催化中心。下面以幾種被廣泛進(jìn)行了研究的金屬氧化物催化劑，例如TiO2、Al2O3、MnO2做詳細(xì)介紹。
（1）二氧化鈦TiO2
TiO2一般用作光催化反應(yīng)，但是它對水中有機物的臭氧催化氧化技術(shù)也有很好的效果，既可以單獨作為臭氧化反應(yīng)的催化劑，又可以和紫外光一起共同催化臭氧化。
Beltran等以TiO2粉末作催化劑，研究了催化臭氧化降解草酸的效果。相對于單獨臭氧氧化體系，多相催化臭氧化法對草酸的去除率和礦化程度有了極大的提升。
（2）氧化鋁Al2O3
Al2O3通常被用作催化劑的載體，但有些研究者發(fā)現(xiàn)它同樣具有一定的催化臭氧氧化的能力。Ni和Chen的研究表明，y-Al2O3的存在使2-氯酚的有機碳去除率從單獨臭氧氧化的21%提高到43%，而且臭氧的消耗量僅為單獨臭氧氧化時的一半，催化劑連續(xù)使用三次后去除效果沒有明顯變化。
（3）二氧化錳MnO2
在所有過渡金屬氧化物中，MnO2被認(rèn)為表現(xiàn)出了最好的催化活性，可以有效催化降解的有機物種類最多。
近年來，納米材料的出現(xiàn)為開發(fā)新型高效的臭氧化催化材料提供了新的機遇，與傳統(tǒng)的體相催化劑相比，納米材料的使用提高了催化劑的催化效率。過渡金屬氧化物納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用硏究已有許多文獻(xiàn)報道。在催化臭氧化中，一些以過渡金屬氧化物為活性組分的納米催化劑，比如CO3O4、Fe2O3、TiO ZnO等取得了較好的催化效果。
3 活性炭
活性炭是由微小結(jié)晶和非結(jié)晶部分混合組成的碳素物質(zhì)，活性炭表面含有大量的酸性或堿性基團(tuán)，這些酸性或堿性基團(tuán)的存在，特別是羥基、酚羥基的存在使活性炭不僅具有吸附能力，而且還具有催化能力。
臭氧/活性炭協(xié)同作用過程中，在活性炭的吸附作用下使臭氧加速變成羥基自由基，從而提高氧化效率。活性炭作為催化劑與金屬氧化物作為催化劑進(jìn)行催化臭氧化的不同之處在于對臭氧的分解機理不同：活性炭表面的路易斯堿起主要作用；而金屬氧化物表面的路易斯酸是催化過程的活性點。另外，對活性炭催化體系而言，活性炭表面的吸附性能起較大作用，所以臭氧化降解效率受介質(zhì)酸堿性影響較大。
目前，已有大量文獻(xiàn)敘述了多相臭氧催化氧化技術(shù)的機理。一般認(rèn)為有三種可能的機理：
（1）認(rèn)為有機物被化學(xué)吸附在催化劑的表面，形成具有一定親核性的表面螯合物，然后臭氧或者羥基自由基與之發(fā)生氧化反應(yīng)，形成的中間產(chǎn)物能在表面進(jìn)一步被氧化，也可能脫附到溶液中被進(jìn)一步氧化，如圖1所示。一些吸附容量比較大的催化劑的催化氧化體系往往遵循這種機理。
（2）催化劑不但可以吸附有機物，而且還直接與臭氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的氧化態(tài)金屬和羥基自由基可以直接氧化有機物，如圖2所示。
（3）催化劑催化臭氧分解，產(chǎn)生活性更高的氧化劑，從而與非化學(xué)吸附的有機物分子發(fā)生反應(yīng)。純水設(shè)備， 無錫純水設(shè)備,無錫水處理設(shè)備，無錫去離子水設(shè)備, 醫(yī)用GMP純化水設(shè)備。
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