催化臭氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展

石角

摘 要：所謂催化臭氧化就是在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性烴基自由基對(duì)水中有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，在常溫常壓條件下對(duì)難以被臭氧單獨(dú)氧化的對(duì)有機(jī)物實(shí)現(xiàn)氧化降解。和單一的臭氧化相比，此種技術(shù)具備更為經(jīng)濟(jì)和安全的優(yōu)勢(shì)，能在很大程度上提升臭氧利用率，基于催化臭氧技術(shù)的特征，本文就將對(duì)其在水處理中的應(yīng)用情況進(jìn)行研究，希望對(duì)這項(xiàng)工作的開(kāi)展提供一定理論幫助和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：催化臭氧化技術(shù);水處理;應(yīng)用研究

催化臭氧化技術(shù)通常分為兩種類型：借助溶液中的金屬離子對(duì)固態(tài)金屬、金屬氧化物等物質(zhì)進(jìn)行均相催化臭氧化，或是金屬氧化物的非均相催化臭氧化。催化臭氧化技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中可以將臭氧中的強(qiáng)氧化性和強(qiáng)化劑的自身吸附性與催化性實(shí)現(xiàn)有效融合，這對(duì)于水處理中問(wèn)題的解決將起到顯著幫助。為此，本文筆者就將站在催化劑角度上，對(duì)國(guó)內(nèi)外的催化臭氧化技術(shù)進(jìn)行研究，希望對(duì)這項(xiàng)工作的開(kāi)展提供更有效的理論指導(dǎo)。

一、均相催化劑在水處理中的應(yīng)用

催化劑和反應(yīng)物質(zhì)處于同相物質(zhì)，由于沒(méi)有相界，所以產(chǎn)生的反應(yīng)被稱作為均相催化作用，在工作中可以和均相催化劑產(chǎn)生作用的催化劑也被稱作為均相催化劑。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，均相金屬催化臭氧化主要具備兩種反應(yīng)，其一，金屬離子對(duì)臭氧的分解作用，之后在反應(yīng)中生成·OH，借助·OH的高活性作用進(jìn)行有機(jī)物的氧化。其二，金屬離子和有機(jī)物的融合，最終實(shí)現(xiàn)臭氧氧化。一般均相催化臭氧化技術(shù)中采用的催化劑是過(guò)渡性金屬，過(guò)渡元素是具備專業(yè)性質(zhì)的電子元素，所以可以在電子傳遞環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)。[1]

比如在對(duì)五氯酚進(jìn)行催化氧化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究者就將重點(diǎn)放在了臭氧氧化特性上，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，PCP在反應(yīng)五分鐘后，基本可以實(shí)現(xiàn)完全分解，但是TOC 在反應(yīng)半小時(shí)后雜質(zhì)去除率只有百分之五十，這也意味TOC難以實(shí)現(xiàn)徹底氧化分解。因?yàn)樵趯?duì)PCP進(jìn)行氧臭氧催化氧化過(guò)程中，需要先對(duì)其進(jìn)行脫氯處理，在實(shí)驗(yàn)反應(yīng)推進(jìn)過(guò)程中，物質(zhì)中的苯環(huán)將被打開(kāi)，最終分解為二氧化碳和水。所以通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析，可以發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中的催化臭氧化反應(yīng)也可以被稱為模擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，是目前均相催化劑在水處理中的重要表現(xiàn)形式之一。

在進(jìn)行水處理過(guò)程中，受到水質(zhì)條件影響，對(duì)離子反應(yīng)往往會(huì)產(chǎn)生較大影響，因此要想將這項(xiàng)技術(shù)得到更有效的發(fā)揮，就需要在今后工作中加強(qiáng)對(duì)非均相催化的深入研究，在此種背景下實(shí)現(xiàn)水處理技術(shù)的全面優(yōu)化和提升。[2]

二、非均相催化劑在水處理中的應(yīng)用

所謂非均相催化劑指的主要是固態(tài)金屬、金屬氧化物等。非均相催化劑催化臭氧化技術(shù)在這項(xiàng)工作中會(huì)發(fā)揮三種作用：第一就是對(duì)有機(jī)物的吸附作用，針對(duì)一些吸附容量較大的催化劑，在水和催化劑接觸的過(guò)程中，水中的有機(jī)物會(huì)被吸附于催化物表面，最終形成更具親和性的蟄合物，這對(duì)于臭氧氧化的高效性有著極大幫助作用。第二是對(duì)臭氧分子進(jìn)行催化活化。[3]在這類催化劑中往往具備較強(qiáng)的活性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活化臭氧分子的有效催化，在此種背景下，分解后產(chǎn)生的烴基自由基也將產(chǎn)生高氧化性，這對(duì)于臭氧氧化效率的提升也有著重要影響。第三是活化協(xié)同作用和吸附作用。一般情況下，此種催化劑不僅能對(duì)水中污染物進(jìn)行有效吸附，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)臭氧分子的活化影響，在產(chǎn)生高氧化的自由基的過(guò)程中，獲取更為顯著的催化臭氧化效果。

（一）金屬氧化物的催化劑

二氧化鈦?zhàn)鳛橐豁?xiàng)重要的光催化劑，目前被廣泛應(yīng)用在光催化氧化過(guò)程中。將二氧化鈦粉末作為催化劑，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非均相催化臭氧化和單獨(dú)臭氧化的研究，發(fā)現(xiàn)在對(duì)草酸進(jìn)行去除的過(guò)程中，非均相催化臭氧化的優(yōu)勢(shì)更為顯著。因?yàn)閷⒍趸伖腆w催化劑融入到反應(yīng)體系中，溶液中將會(huì)產(chǎn)生更多·OH，這對(duì)于水處理效果的提升也將起到有效幫助。[4]

（二）負(fù)載于載體上的催化劑

一些研究人員會(huì)將Cu、Al2O3作為催化劑負(fù)載于蜂窩柱上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)催化臭氧化和單獨(dú)臭氧化對(duì)甲草胺的去除結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，催化臭氧化可以在工作中實(shí)現(xiàn)對(duì)臭氧分解效率的提升，由于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了大量·OH，因此和單獨(dú)臭氧化技術(shù)相比，這種方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)甲草胺去除率的全面提升。

（三）其他形式的催化劑

除了上文研究的非均相催化劑金屬或非金屬氧化物問(wèn)題，針對(duì)其他形式催化劑的研究也有很多。一些研究人員對(duì)活性炭催化臭氧化問(wèn)題也展開(kāi)了研究，意在實(shí)現(xiàn)對(duì)水中腐殖酸物質(zhì)的去除。研究結(jié)果表明，活性炭催化臭氧化和臭氧氧化都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水中腐殖酸問(wèn)題的去除，并且催化臭氧化的效果更為顯著。還有一些研究針對(duì)活性炭催化臭氧化對(duì)SDBS的去除效果進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，活性炭催化臭氧化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量·OH，這對(duì)于水中SDBS物質(zhì)的去除和降解較為顯著。[5]

基于非均相催化劑涵蓋了較多種類，容易在工作中獲取，材料來(lái)源也更為廣泛，所以在當(dāng)前水處理發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用，此外，由于這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生催化劑的二次污染問(wèn)題，因此越來(lái)越受到了群眾關(guān)注，但是整體對(duì)催化劑的使用效率仍然有待提升。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，均相催化劑和非均相催化劑相比，材料來(lái)源更為廣泛，對(duì)于實(shí)驗(yàn)工作中的各項(xiàng)條件也能更有效的進(jìn)行控制。針對(duì)催化臭氧化技術(shù)來(lái)說(shuō)，不僅能對(duì)難降解的污染物進(jìn)行去除，還可以在水處理環(huán)節(jié)中，降低和控制有機(jī)物含量。所以在今后水處理工作中，更要加強(qiáng)對(duì)均相和非均相催化劑優(yōu)勢(shì)的融合，降低兩項(xiàng)技術(shù)中的缺點(diǎn)，只有這樣才能更準(zhǔn)確的掌握今后工作方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)水處理技術(shù)的全面提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫金猛，康慧敏，張玉魁，等.臭氧催化氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2018，15（7）：60.

[2]宋俊馳.臭氧催化氧化技術(shù)在煉化行業(yè)污水處理中的應(yīng)用探究[J].環(huán)球市場(chǎng)，2018，26（18）：328-329.

[3]米治宇，段樹(shù)龍，虞永平，等.臭氧催化氧化和EM-BAF技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用[J].煉油與化工，2018，29（1）：67-69.

[4]王鄭，程星星，黃雷，等.催化臭氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2017，46（6）：1214-1217，1233.

[5]李鳳娟，李小龍，徐菲，等.臭氧催化氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J].山東化工，2016，45（19）：142-143.