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催化臭氧氧化技术


  催化氧化法是使催化剂和反应物作用, 形成不稳定的中间产物, 改变反应途径, 或加快氧化剂的分解并使之与水中有机物迅速反应, 在较短的时间内降解染料分子并提高氧化剂的利用效率的方法。而臭氧催化氧化根据催化剂的形态不同又分为均相催化臭氧化和非均相催化臭氧化。
  
  1、均相催化臭氧氧化技术处理染料废水
  
  前人多选用均相催化剂处理染料废水, 目前已经发现具有催化作用的金属离子有: Fe2+、Fe3+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Cd2+、Cu2+、Ag+、Mg2+、Cr3+、Zn2+等。葛玮等〔1〕采用Fe2+、Fe3+、Ni2+等金属离子作催化剂对活性艳蓝X- BR 染料废水进行催化臭氧氧化, 结果表明, 在催化剂存在的条件下活性艳蓝X- BR 废水的COD 去除率比臭氧单独氧化时要高。I. Arslan〔2〕采用Fe2+催化臭氧氧化法对分散染料废水进行了处理, 结果表明, 当臭氧投加质量浓度为2 300 mg/L、Fe2+应用剂量为0.09~18 mmol/L、废水pH 为3~13 时, 脱色率、COD 的去除率分别由单独臭氧氧化时的77%提高至97%、11%提高到54%。
  
  虽然均相催化臭氧氧化可以达到令人满意的处=理效果, 但因为催化剂是以离子的形态分布在水中,无法与反应体系分离, 处理完毕后催化剂便同染料废水一起排放, 不仅造成催化剂的流失浪费, 同时也造成了水体的金属离子的二次污染。为了解决这一问题, 研究人员把具有催化作用的活性组分通过某些方法固定到一些载体上, 把负载了活性组分的固体催化剂投入到废水中在臭氧存在的条件下与废水反应, 进行非均相催化臭氧氧化反应。
  
  2、非均相催化臭氧氧化技术处理染料废水
  
  在非均相催化中, 催化剂是以固态存在, 主要有贵金属系、铜系和稀土系三大类。而贵金属因为价格昂贵其应用受到限制, 目前研究最多的是廉价金属及金属氧化物。非均相催化剂根据其制备工艺分为非负载型和负载型, 目前研究的重点在负载型非均相催化剂。负载型非均相催化剂由载体、活性组分和助剂三部分组成。常用的载体有Al2O3、沸石、活性炭纤维、分子筛等, 活性组分多为过渡金属。
  
  朱丽勤等〔3〕研究了用浸渍法制备过渡金属氧化物NiO、CuO、Fe2O3、Ag2O 和MnO 负载到Al2O3 上制得的催化剂的催化活性, 结果表明, NiO/ Al2O3 具有最好的催化效果, 将NiO/ Al2O3 应用于6 种染料溶液的臭氧净化处理中的结果表明, CODCr 去除率明显提高。但由于用上述方法制成的催化剂需先制备固体催化剂载体, 然后将催化金属用强酸或强碱溶解后浸渍到催化剂载体表面, 再重新煅烧、整型, 最终制成固体催化剂。其缺点是制造工艺复杂, 催化剂成本高。为了克服上述缺点, 许多研究者选用天然矿石制备催化剂。尹琳〔4〕采用Zn- 黏土矿物催化剂对染料废水进行催化臭氧氧化, 获得了满意的效果。尹琳等〔5〕还采用Ti- 凹凸棒石催化剂对活性艳红X- 3B进行催化臭氧氧化处理, 结果发现, 在pH=11, 活性艳红X- 3B 废水质量浓度为400 mg/L 的条件下,m( TiO2) ∶m( 凹凸棒石) =1∶20 的Ti- 凹凸棒石催化剂使COD 的去除率从单独臭氧化时的21.5%提高到73.8%。赵波等〔6〕用Cu- 丝光沸石/臭氧催化氧化法处理活性艳红X- 3B 废水, 结果表明, 加入催化剂的催化臭氧氧化法的COD 去除率明显优于单独臭氧氧化的效果。但因臭氧氧化后染料废水严重酸化, 导致臭氧氧化效率降低。赵波等〔7〕在采用Cu- 丝光沸石作为催化剂提高臭氧氧化效率的同时, 引入天然矿物水镁石解决染料废水臭氧氧化后水体严重酸化的难题, 进一步提高臭氧的利用率。结果表明: 在反应40 min 内, COD 去除率由32.9%提高到68.6%。Y. Dong 等〔8〕采用天然矿物水镁石作为催化剂催化臭氧化活性艳红X- 3B 染料废水, 结果表明, 染料的降解率、COD 的去除率分别由单独臭氧氧化时的47%、9%提高到89%、32.5%。
  
  为了进一步提高催化臭氧氧化的效果, 往往需要在单组分催化剂的基础上进行多元组分催化剂的研究, 根据催化剂的制备条件、各种活性组分的配比和助剂的选择来制备催化效率更高的催化剂。
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