催化臭氧化技术在水处理中的应用研究进展

作者:未知

  摘 要:所谓催化臭氧化就是在反应过程中产生的强氧化性烃基自由基对水中有机物进行氧化分解,在常温常压条件下对难以被臭氧单独氧化的对有机物实现氧化降解。和单一的臭氧化相比,此种技术具备更为经济和安全的优势,能在很大程度上提升臭氧利用率,基于催化臭氧技术的特征,本文就将对其在水处理中的应用情况进行研究,希望对这项工作的开展提供一定理论帮助和指导作用。
  关键词:催化臭氧化技术;水处理;应用研究
  催化臭氧化技术通常分为两种类型:借助溶液中的金属离子对固态金属、金属氧化物等物质进行均相催化臭氧化,或是金属氧化物的非均相催化臭氧化。催化臭氧化技术在应用过程中可以将臭氧中的强氧化性和强化剂的自身吸附性与催化性实现有效融合,这对于水处理中问题的解决将起到显著帮助。为此,本文笔者就将站在催化剂角度上,对国内外的催化臭氧化技术进行研究,希望对这项工作的开展提供更有效的理论指导。
  一、均相催化剂在水处理中的应用
  催化剂和反应物质处于同相物质,由于没有相界,所以产生的反应被称作为均相催化作用,在工作中可以和均相催化剂产生作用的催化剂也被称作为均相催化剂。据研究发现,均相金属催化臭氧化主要具备两种反应,其一,金属离子对臭氧的分解作用,之后在反应中生成·OH,借助·OH的高活性作用进行有机物的氧化。其二,金属离子和有机物的融合,最终实现臭氧氧化。一般均相催化臭氧化技术中采用的催化剂是过渡性金属,过渡元素是具备专业性质的电子元素,所以可以在电子传递环节中实现氧化还原反应。[1]
  比如在对五氯酚进行催化氧化实验过程中,研究者就将重点放在了臭氧氧化特性上,最终实验结果证明,PCP在反应五分钟后,基本可以实现完全分解,但是TOC 在反应半小时后杂质去除率只有百分之五十,这也意味TOC难以实现彻底氧化分解。因为在对PCP进行氧臭氧催化氧化过程中,需要先对其进行脱氯处理,在实验反应推进过程中,物质中的苯环将被打开,最终分解为二氧化碳和水。所以通过实验和分析,可以发现这项实验中的催化臭氧化反应也可以被称为模拟一级动力学反应,是目前均相催化剂在水处理中的重要表现形式之一。
  在进行水处理过程中,受到水质条件影响,对离子反应往往会产生较大影响,因此要想将这项技术得到更有效的发挥,就需要在今后工作中加强对非均相催化的深入研究,在此种背景下实现水处理技术的全面优化和提升。[2]
  二、非均相催化剂在水处理中的应用
  所谓非均相催化剂指的主要是固态金属、金属氧化物等。非均相催化剂催化臭氧化技术在这项工作中会发挥三种作用:第一就是对有机物的吸附作用,针对一些吸附容量较大的催化剂,在水和催化剂接触的过程中,水中的有机物会被吸附于催化物表面,最终形成更具亲和性的蛰合物,这对于臭氧氧化的高效性有着极大帮助作用。第二是对臭氧分子进行催化活化。[3]在这类催化剂中往往具备较强的活性,可以实现对活化臭氧分子的有效催化,在此种背景下,分解后产生的烃基自由基也将产生高氧化性,这对于臭氧氧化效率的提升也有着重要影响。第三是活化协同作用和吸附作用。一般情况下,此种催化剂不仅能对水中污染物进行有效吸附,还能实现对臭氧分子的活化影响,在产生高氧化的自由基的过程中,获取更为显著的催化臭氧化效果。
  (一)金属氧化物的催化剂
  二氧化钛作为一项重要的光催化剂,目前被广泛应用在光催化氧化过程中。将二氧化钛粉末作为催化剂,可以实现对非均相催化臭氧化和单独臭氧化的研究,发现在对草酸进行去除的过程中,非均相催化臭氧化的优势更为显著。因为将二氧化钛固体催化剂融入到反应体系中,溶液中将会产生更多·OH,这对于水处理效果的提升也将起到有效帮助。[4]
  (二)负载于载体上的催化剂
  一些研究人员会将Cu、Al2O3作为催化剂负载于蜂窝柱上,通过实验对催化臭氧化和单独臭氧化对甲草胺的去除结果分析发现,催化臭氧化可以在工作中实现对臭氧分解效率的提升,由于实验中产生了大量·OH,因此和单独臭氧化技术相比,这种方式可以实现对甲草胺去除率的全面提升。
  (三)其他形式的催化剂
  除了上文研究的非均相催化剂金属或非金属氧化物问题,针对其他形式催化剂的研究也有很多。一些研究人员对活性炭催化臭氧化问题也展开了研究,意在实现对水中腐殖酸物质的去除。研究结果表明,活性炭催化臭氧化和臭氧氧化都可以实现对水中腐殖酸问题的去除,并且催化臭氧化的效果更为显著。还有一些研究针对活性炭催化臭氧化对SDBS的去除效果进行了研究,结果发现,活性炭催化臭氧化过程中会产生大量·OH,这对于水中SDBS物质的去除和降解较为显著。[5]
  基于非均相催化剂涵盖了较多种类,容易在工作中获取,材料来源也更为广泛,所以在当前水处理发展中得到了广泛应用,此外,由于这项技术不会产生催化剂的二次污染问题,因此越来越受到了群众关注,但是整体对催化剂的使用效率仍然有待提升。
  三、结语
  综上所述,均相催化剂和非均相催化剂相比,材料来源更为广泛,对于实验工作中的各项条件也能更有效的进行控制。针对催化臭氧化技术来说,不仅能对难降解的污染物进行去除,还可以在水处理环节中,降低和控制有机物含量。所以在今后水处理工作中,更要加强对均相和非均相催化剂优势的融合,降低两项技术中的缺点,只有这样才能更准确的掌握今后工作方向,实现对水处理技术的全面提升。
  参考文献:
  [1]孙金猛,康慧敏,张玉魁,等.臭氧催化氧化技术在水处理中的应用[J].资源节约与环保,2018,15(7):60.
  [2]宋俊驰.臭氧催化氧化技术在炼化行业污水处理中的应用探究[J].环球市场,2018,26(18):328-329.
  [3]米治宇,段樹龙,虞永平,等.臭氧催化氧化和EM-BAF技术在污水处理中的应用[J].炼油与化工,2018,29(1):67-69.
  [4]王郑,程星星,黄雷,等.催化臭氧化技术在水处理中的应用研究进展[J].应用化工,2017,46(6):1214-1217,1233.
  [5]李凤娟,李小龙,徐菲,等.臭氧催化氧化技术在水处理中的应用[J].山东化工,2016,45(19):142-143.
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