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水处理多相催化臭氧氧化技术研究现状
臭氧化系统中,催化剂(固体)与反应溶液处于不同相,反应在固-液相界面进行的氧化方法称为多相催化臭氧氧化法。近年来,多相催化臭氧氧化技术已经成为去除水中高稳定性、难降解有机污染物的关键技术之一。利用固体催化剂协同臭氧氧化可以降低反应活化能或改变反应历程,从而达到深度氧化、最大限度地去除有机污染物的目的。
1 氧化效能研究
对于多相催化臭氧氧化技术,固体催化剂的选择是该技术是否具有高效氧化效能的关键。在多相催化臭氧氧化技术中涉及的催化剂主要包括负载型过渡金属催化剂、(负载型)过渡金属氧化物催化剂以及具有较大比表面积的孔材料。按照催化剂的不同,将多相催化臭氧氧化技术氧化效能的研究现状进行总结,结果见表1。尽管研究者对多相催化臭氧氧化技术降解有机污染物已经进行了大量研究,但大多数是以蒸馏水作为本底,主要集中在对有机物的分解效率、矿化度(TOC去除率)、可生化性变化(BDOC)、三卤甲烷生成势(THMFP)等水质指标的考察。
表1 多相催化臭氧氧化水处理技术氧化效能
催化剂
目标有机物
效果评价
负载型金属催化剂Cu/TiO2,Cu/Al2O3,Cu/Attapulgite
腐殖酸、水杨酸和缩氨酸
O3对腐殖酸和水杨酸矿化率(TOC)为12%-15%;催化臭氧化矿化率约为64%
Pt、Pb、Pd、Ag、Co、Ru、Ir、Rh、Re分别负载在TiO2、SiO2、Al2O3、活性炭、沸石上
甲酸
经载体比较,TiO2和活性炭(AC)具有最高的催化活性;SiO2、Al2O3和沸石的催化活性最差。负载型金属催化剂显著提高了臭氧系统氧化能力,其中Pt/Al2O3与Pb/Al2O3具有最高的催化效能,Pt/纤维与Pt/有孔Ni催化性能最差
Fe(Ⅲ)/Al2O3
苯酚
O3最大去除率<40%(TOC);Al2O3/O3最大去除率>70%(TOC);Fe(Ⅲ)/Al2O3/O3最大去除率>90%(TOC)
(负载型)金属氧化物
 
 
TiO2
草酸
O3/TiO2系统可以有效地降解草酸,TOC的去除率较单独臭氧化提高了95%
TiO2/Al2O3、TiO2/硅胶、TiO2/绿坡镂石
腐殖酸
TiO2/Al2O3最显著地提高了臭氧对腐殖酸(HA)的氧化能力;500℃是TiO2/Al2O3最佳烧结温度
Al2O3
2-***酚
Al2O3的存在可以有效地提高臭氧对2-***酚的氧化效率。在中性pH条件下,催化臭氧氧化对2-***酚的降解优势最突出
MnO2
苯、二恶烷;草酸
在MnO2存在下,水溶液中的苯和二恶烷能被臭氧完全氧化为无机物;MnO2的存在大大提高了臭氧对草酸的降解效果
水合MnO2
莠去津;磺基水杨酸、丙酸
新生态水合MnO2较商用MnO2具有更强的催化作用
MnOx/GAC
硝基苯
MnOx/GAC催化剂的存在显著地提高了臭氧的利用率;在提高臭氧对有机物分解率的同时(单独臭氧化降解率为17%,而MnOx/GAC催化臭氧氧化降解率为50%),MnOx/GAC(锰氧化物/活性炭)催化剂也显著地提高了有机物的矿化度(催化臭氧氧化为40%,臭氧单独氧化为5%)
孔材料
 
 
活性炭
苯甲酸、对***苯甲酸和乙酸钠;1,2-二羟基苯
活性炭的存在加快了有机物