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)過程中產(chǎn)生的強氧化性烴基自由基對水中有機物進(jìn)行氧化分解，在常溫常壓條件下對難以被臭氧單獨氧化的對有機物實現(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)濟和安全的優(yōu)勢，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，本文就將對其在水處理中的應(yīng)用情況進(jìn)行研究，希望對這項工作的開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)用過程中可以將臭氧中的強氧化性和強化劑的自身吸附性與催化性實現(xiàn)有效融合，這對于水處理中問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，對國內(nèi)外的催化臭氧化技術(shù)進(jìn)行研究，希望對這項工作的開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)行有機物的氧化。其二，金屬離子和有機物的融合，最終實現(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渡性金屬，過渡元素是具備專業(yè)性質(zhì)的電子元素，所以可以在電子傳遞環(huán)節(jié)中實現(xiàn)氧化還原反應(yīng)。[1]

比如在對五氯酚進(jìn)行催化氧化實驗過程中，研究者就將重點放在了臭氧氧化特性上，最終實驗結(jié)果證明，PCP在反應(yīng)五分鐘后，基本可以實現(xiàn)完全分解，但是TOC 在反應(yīng)半小時后雜質(zhì)去除率只有百分之五十，這也意味TOC難以實現(xiàn)徹底氧化分解。因為在對PCP進(jìn)行氧臭氧催化氧化過程中，需要先對其進(jìn)行脫氯處理，在實驗反應(yīng)推進(jìn)過程中，物質(zhì)中的苯環(huán)將被打開，最終分解為二氧化碳和水。所以通過實驗和分析，可以發(fā)現(xiàn)這項實驗中的催化臭氧化反應(yīng)也可以被稱為模擬一級動力學(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)行水處理過程中，受到水質(zhì)條件影響，對離子反應(yīng)往往會產(chǎn)生較大影響，因此要想將這項技術(shù)得到更有效的發(fā)揮，就需要在今后工作中加強對非均相催化的深入研究，在此種背景下實現(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)在這項工作中會發(fā)揮三種作用：第一就是對有機物的吸附作用，針對一些吸附容量較大的催化劑，在水和催化劑接觸的過程中，水中的有機物會被吸附于催化物表面，最終形成更具親和性的蟄合物，這對于臭氧氧化的高效性有著極大幫助作用。第二是對臭氧分子進(jìn)行催化活化。[3]在這類催化劑中往往具備較強的活性，可以實現(xiàn)對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水中污染物進(jìn)行有效吸附，還能實現(xiàn)對臭氧分子的活化影響，在產(chǎn)生高氧化的自由基的過程中，獲取更為顯著的催化臭氧化效果。

（一）金屬氧化物的催化劑

二氧化鈦作為一項重要的光催化劑，目前被廣泛應(yīng)用在光催化氧化過程中。將二氧化鈦粉末作為催化劑，可以實現(xiàn)對非均相催化臭氧化和單獨臭氧化的研究，發(fā)現(xiàn)在對草酸進(jìn)行去除的過程中，非均相催化臭氧化的優(yōu)勢更為顯著。因為將二氧化鈦固體催化劑融入到反應(yīng)體系中，溶液中將會產(chǎn)生更多·OH，這對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

一些研究人員會將Cu、Al2O3作為催化劑負(fù)載于蜂窩柱上，通過實驗對催化臭氧化和單獨臭氧化對甲草胺的去除結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，催化臭氧化可以在工作中實現(xiàn)對臭氧分解效率的提升，由于實驗中產(chǎn)生了大量·OH，因此和單獨臭氧化技術(shù)相比，這種方式可以實現(xiàn)對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題，針對其他形式催化劑的研究也有很多。一些研究人員對活性炭催化臭氧化問題也展開了研究，意在實現(xiàn)對水中腐殖酸物質(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現(xiàn)對水中腐殖酸問題的去除，并且催化臭氧化的效果更為顯著。還有一些研究針對活性炭催化臭氧化對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程中會產(chǎn)生大量·OH，這對于水中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，由于這項技術(shù)不會產(chǎn)生催化劑的二次污染問題，因此越來越受到了群眾關(guān)注，但是整體對催化劑的使用效率仍然有待提升。

三、結(jié)語

綜上所述，均相催化劑和非均相催化劑相比，材料來源更為廣泛，對于實驗工作中的各項條件也能更有效的進(jìn)行控制。針對催化臭氧化技術(shù)來說，不僅能對難降解的污染物進(jìn)行去除，還可以在水處理環(huán)節(jié)中，降低和控制有機物含量。所以在今后水處理工作中，更要加強對均相和非均相催化劑優(yōu)勢的融合，降低兩項技術(shù)中的缺點，只有這樣才能更準(zhǔn)確的掌握今后工作方向，實現(xiàn)對水處理技術(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，2018，26（18）：328-329.

[3]米治宇，段樹龍，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.