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非均相催化臭氧氧化处理污水

发布时间:2019-10-24 14:08:30  中国yb体育平台工程网

1、非均相催化臭氧氧化技术简述
    非均相催化臭氧氧化技术与均相催化臭氧氧化技术相比而言,其催化剂的优点比较突出,例如对有机物的矿化率进行有效提升、降低水处理成本以及易于回收处理等,所以该技术受到的关注比较多。在非均相催化臭氧氧化反应中,金属氧化物型催化剂、负载型催化剂、矿物型或者改性矿物型催化剂以及活性炭型催化剂,是使用的最为广泛的四种类型。
    尽管相关人员在该领域内进行了大量的研究,但是对于催化反应机制的具体情况,却依然没有广泛的认同。对非均相催化剂催化臭氧分解机理进行明确,是非常有必要的,它可以提升对臭氧的高效利用。与此同时,整个反应的活性以及反应机理,催化剂的性能都起着重要的决定作用,对非均相臭氧催化剂的氧化基本规律进行掌握,可以提升催化剂的有效性以及经济性。

2 、非均相催化臭氧反应的影响因素
    在臭氧氧化效率影响因素中,催化剂负载量是一项非常重要的指标,为了提升臭氧氧化效率,需要对催化剂负载量进行控制,如果负载量过高,就会让活性组分晶粒分布的均匀性受到影响,同时还会增加活性组分晶粒的体积,致使其在焙烧的过程中出现团聚或者烧结的情况,影响催化剂的性能。
现目前主要是将贵金属以及过渡金属等活性成分用于催化臭氧氧化中,贵金属以及过渡金属在这个过程中都可以起到提升催化效率以及降低反应活化能的作用。通常情况下,对载体的选择一般是具有较好的机械强度的支撑体,与此同时,对一定的吸附能力进行提供。相关研究人员研究出了具有较好表面性质以及高温热稳定性的改性活性氧化铝。
    非均相臭氧氧化催化剂的主要制作工艺有三种,分别是沉淀法、溶胶 - 凝胶法、浸渍法等。所采用的工艺不一样,其所需要的制备条件也不就一样,因此制备工艺的不同,也造就了催化剂的催化性能之间的差异。
催化剂的投加剂量、污染物浓度、反应温度、臭氧产量及 pH 等,都是催化臭氧氧化过程中的主要影响因素。为了降低对其的影响,还应该对催化剂的投加量进行控制,通过研究我们发现,使用将聚合氧化铝作为载体的铜镍双组分催化剂对臭氧氧化进行催化,在一定的范围内,催化剂的投加量越高,污泥沉降性能越好,与此同时,TP 以及 COD 的去除率也有一定程度上的增加,超过一定的范围,催化剂投加量越高,COD 会有所下降。
    在进行实验的过程中,还需要对污染物浓度、反应时间、反应温度以及 pH 等进行关注和考虑。研究人员通过采用水热法制备了纳米 a-MnO 催化剂,对臭氧氧化降解水中的双酚 A 进行催化,同时对不同反应条件下的降解率影响因素进行了考察,最后发现,当催化剂的加入量为 100 mg/L,初始 pH8.5,反应温度为 18 ℃时,其降解效果是最好的。当处理质量浓度为 10 pg/mL 的双酚 A 溶液 120 min 去除率可以达到 74.1%。同时,通过研究还发现催化剂的使用次数越多,其活性就会随着使用次数增加而逐渐变低,催化活性具有一定的稳定性。

3、非均相催化臭氧反应的机理
    在非均相催化臭氧氧化反应中,主要的反应机理有三种 :首先是有机分子在催化剂表面吸附,然后与汽液中的臭氧发生反应,第二种是臭氧吸附在催化剂的表面上,与之反应生成 OH,并与有机物发生反应。最后一种是有机分子以及臭氧全部被化学吸收,而吸附组分之间发生相互反应。
3.1、催化剂表面羟自由基集团反应机理
    羟自由基在一定程度上可对系统的氧化能力进行提升,让目标物的分解效率得到提高。羟自由基在系统催化剂中的应用情况,目前已得到了多方面的研究。臭氧在催化剂表面的分级,对于催化剂活性而言,起着决定性作用的表面碱性含氧基团是催化剂的活性中心,例如羟基基团等。将催化剂在溶液中进行添加时,因为表面电荷没有得到平衡的原因,使得水分子吸附在金属氧化物的表面,由于吸附效果强烈,会让水离解生成表面羟基。所以不论是金属负载氧化物还是金属氧化等,凡是属于氧化物,其表面大多数情况都会有羟基基团存在。需要注意的是,臭氧分子结构中,所包含的氧原子的电子密度更加高,这会让位于金属氧化物表面的Lewis 的酸味点亲和力更加强。由此可见,表面羟基是催化臭氧反应中非常重要的活性基团,其作用是非常重要的。
3.2、改性催化剂催化臭氧反应机理
    活性分组不论是就表面活性位变化而言,还是对于载体的分布形态而言,其对于催化剂的催化效果是不容置疑的。当前对催化剂的研制,主要包含了以下三种,分别是改性矿物、活性炭、金属氧化物等。贵金属的催化效果非常高,但是贵金属的价格也非常昂贵,这使得贵金属的应用受到了较大的限制。因此,大对数情况下,会通过在其他催化剂中加入贵金属元素进行催化剂的研究。随着研究越来越深入,我们发现利用载体可以让催化剂的使用成本得到降低,同时催化剂以及载体之间进行的相互作用,还可以让催化剂的性能得到改善。所以在催化剂中添加低价金属等运用的越来越多。催化剂与催化剂之间的相互辅助、催化剂与载体之间的相互作用,都可以让表面的活性点位增加,以此让臭氧分解得到促进,并产生氧化活性五种,让催化性能得到提升。

4、结语
    非均相催化臭氧氧化反应作为高级氧化技术之一,由于其较强的氧化能力,以及可以有效减少臭氧投加量和提升有机物矿化率等优点,被运用的越来越多。在对污染物进行降解的过程中,最为主要的氧化剂就是臭氧分解所产生的氧活性物种,因此在相关领域中,臭氧在催化剂表面进行分解的过程一直是重点研究内容。在臭氧分解所产生的含氧活性物种的过程中,起着关键性作用的是催化剂表面性质。其原因是表面活性位点的含量以及特性是由催化剂表面性质决定的。虽然臭氧氧化技术使用工艺的时间已经长达一百多年,但是该领域内依然有很多机制是我们不了解的,在现今所掌握的知识中,还有相当一部分存在较多的缺陷,例如催化剂失活、催化剂活性等,这些需要我们进行深入的研究以及理解。目前我们应该致力于更加深入的理论研究,通过理论研究的进步,让技术的进步得到推动。

作者:孔欠欠

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