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XHY-AO³CS臭氧催化氧化工藝

臭氧催化氧化法

      臭氧是氧氣的同素異形體，含有 3 個氧原子。臭氧在常溫常壓下為淡藍色氣體，水中的溶解度為 9.2mlO3/L，高于氧氣（42.87mg/L），水中溶解濃度高于 20mg/L 時呈紫藍色。臭氧有很強的氧化性，氧化還原電位為 2.07V，單質(zhì)中僅低于 F2(3.06V)。臭氧可將廢水中殘留的大分子、長鏈、難以生物降解的有機物部分直接礦化成二氧化碳與水，部分分解為小分子易生物降解物質(zhì)，破壞不可生物降解有機物的結(jié)構(gòu)，降低毒性，提高B/C比，從而保證后續(xù)生化法的處理效果。

      臭氧在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用十分普遍，水溶液中臭氧與有機物的作用主要有兩種途徑：一種是臭氧分子的直接氧化作用；另一種是臭氧被分解后產(chǎn)生·OH羥基自由基強氧化作用。

      傳統(tǒng)的臭氧氧化技術(shù)以直接氧化為主，傳質(zhì)效果差、的選擇性、臭氧利用率低、投資與運行成本高昂。

      臭氧催化氧化技術(shù)是在氧化體系內(nèi)加入過渡金屬離子，能夠?qū)Τ粞跹趸a(chǎn)生明顯的催化效果，可以催化臭氧在水中的自分解，增加水中產(chǎn)生的·OH 濃度，從而提高臭氧氧化效果。

      目前，催化臭氧工藝分為兩種類型：均相臭氧氧化和非均相臭氧氧化。均相臭氧氧化是指在水中加入一些溶解性的過渡金屬離子以達到催化臭氧氧化的效果。非均相臭氧催化的催化劑以固態(tài)形式存在，易于分離，流程簡單，既避免了催化劑的流失，也降低了水的處理成本。

      非均相催化臭氧工程中常用的催化劑主要有：金屬氧化物和復(fù)合金屬氧化物;負載在載體上的金屬氧化物；負載在載體上的金屬；活性炭或以活性炭為載體的催化劑；多孔材料等。

      其中過度金屬系列氧化物由于價格相對便宜，原料易得，催化活性高而應(yīng)用廣泛。如鈦氧化物、鐵氧化物、錳氧化物、鋁氧化物、鋅氧化物、銅氧化物、鎳氧化物等。

氧化劑：在氧化還原反應(yīng)中，獲得電子的物質(zhì)稱作氧化劑（被還原），與此對應(yīng)，失去電子的物質(zhì)稱作還原劑（被氧化）。狹義地說，氧化劑又指可以使另一物質(zhì)得到氧的物質(zhì)，如空氣、臭氧、H2O2（過氧化氫-雙氧水）、KMnO?（）、二氧化氯等。

催化劑：催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率的作用稱催化作用，且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)叫催化劑。在催化劑參與下進行的化學(xué)反應(yīng)稱催化反應(yīng)。

      催化劑的構(gòu)成有的是單一化合物，有的是絡(luò)合化合物，有的是混合物。催化劑有使某一反應(yīng)加速，而較少影響其它反應(yīng)的性能，稱為催化劑的選擇性，不同的反應(yīng)（氧化劑）所用的催化劑有所不同。

      催化劑種類繁多，按反應(yīng)體系的相態(tài)分為均相催化劑和多相催化劑，均相催化劑存在分離難和容易引起二次污染等缺點而限制了其應(yīng)用；而多相催化劑以其易分離、易回收、能循環(huán)使用、處理效果好等優(yōu)點有很好的應(yīng)用前景。多相催化劑有固體酸催化劑、有機堿催化劑、金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、絡(luò)合物催化劑、稀土催化劑、分子篩催化劑、生物催化劑、納米催化劑等。

      適于氧化反應(yīng)的催化劑大多為過渡金屬氧化物，因為過渡金屬氧化物晶格中的氧很容易被引入或去除。

催化劑載體

      催化劑載體又稱擔體（support）,是負載型催化劑的組成之一。催化活性組分擔載在載體表面上，載體主要用于支持活性組分、獲得較高的比表面積，具有合適的形狀、尺寸和機械強度，以符合工業(yè)反應(yīng)器的操作要求，使催化劑具有特定的物理性狀，而載體本身一般也具有催化活性。多數(shù)載體是催化劑工業(yè)中的產(chǎn)品，常用的有氧化鋁載體、硅膠載體、活性炭載體及某些天然產(chǎn)物如浮石、 硅藻土等。常用“活性組分名稱-載體名稱”來表明負載型催化劑的組成，如加氫用的鎳-氧化鋁催化劑、氧化用的氧化釩-硅藻土催化劑。

      應(yīng)用較廣泛的載體有：多孔分子篩、AL2O3活性氧化鋁、樹脂、陶瓷球、陶瓷、氧化硅、活性炭等。

常見催化氧化工藝

      化學(xué)催化氧化法是處理農(nóng)藥廢水、醫(yī)藥廢水、染料廢水、焦化廢水和化工中間體廢水等較為成熟的方法，已有很多工業(yè)化的處理設(shè)施。該技術(shù)的核心在于催化劑和氧化劑的選擇?；瘜W(xué)催化氧化法主要包括Fenton法、二氧化氯催化氧化法以及臭氧催化氧化法。

在非均相催化臭氧氧化體系中，一般有三種可能的反應(yīng)機理：

1、臭氧化學(xué)吸附在催化劑表面，生成活性物質(zhì)后與溶液中的有機物反應(yīng)。這種活性物質(zhì)可能是·OH，也有可能是其他形態(tài)的氧。

2、有機物分子通過化學(xué)鍵的作用吸附在催化劑表面，進一步與氣相或液相中的臭氧反應(yīng)。首先有機物會迅速被吸附在催化劑載體上，載體表面的氧化物與其形成一些螯合物，隨后這些螯合物被臭氧和·OH氧化。

3、臭氧和有機物分子同時被吸附在催化劑表面（絡(luò)合物作用），隨后二者發(fā)生反應(yīng)。從還原態(tài)催化劑開始，臭氧會氧化金屬，臭氧在還原態(tài)金屬上的反應(yīng)會生成·OH，有機物會被吸附在被氧化過的催化劑上，然后通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)被氧化，再次產(chǎn)生還原態(tài)的催化劑。有機物隨之會很容易從催化劑上解吸（脫附），隨后進入本體溶液，或被·OH和臭氧氧化。

      我司與國內(nèi)多所高校、科研院所聯(lián)合研制而成的高效臭氧催化劑，可提高羥基自由基的產(chǎn)生量達99%-300%，大幅增強臭氧氧化利用率。

臭氧催化劑特點

1、本催化劑通過大量試驗和工程應(yīng)用篩選催化劑載體及活性組分，運用大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)方式確保合成后的催化劑機械強度大、使用壽命長。多孔材料為催化劑提供了巨大的比表面積，使得催化反應(yīng)在單位時間內(nèi)有更高的效率。

2、本催化劑的活性組分以具有活性的過渡金屬/氧化物為主，與載體物料性質(zhì)相近，附著強度高；同時通過高溫燒結(jié)成型，保證了活性組分的高利用率，并且解決均相催化系統(tǒng)的催化劑須定時添加，催化劑流失率的問題，防止二次污染。

3、采用本催化劑進行臭氧催化氧化反應(yīng)，可顯著提高臭氧與污染物的反應(yīng)速率，有效降低處理成本。配合我司的臭氧氧化塔設(shè)備，可以減少臭氧投加量30%以上，大幅提高臭氧利用率。以化工廢水預(yù)處理、印染廢水深度處理為例，可比采用常規(guī)方法需投加臭氧量減少30%，噸水運行費用亦可降低30%。