臭氧催化劑
臭氧是氧的同素異形體，含有三個(gè)氧原子。臭氧在常溫常壓下為淡藍(lán)色氣體，在水中的溶解度為9.2mlO3/L，高于氧氣(42.87mg/L)。當(dāng)水中溶解濃度高于20毫克/升時(shí)，為紫藍(lán)色。臭氧氧化性強(qiáng)，氧化還原電位為2.07V，僅低于單質(zhì)中的F2(3.06V)。臭氧可以將廢水中殘留的大分子、長鏈、難生物降解的有機(jī)物直接礦化為二氧化碳和水，部分分解為小分子、易生物降解的物質(zhì)，從而破壞不可生物降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，降低毒性，提高B/C比，從而保證后續(xù)生化方法的處理效果。
臭氧廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理。臭氧與水溶液中有機(jī)物的相互作用主要有兩種方式:一種是臭氧分子的直接氧化；另一種是臭氧分解后OH羥基自由基的強(qiáng)烈氧化。
傳統(tǒng)的臭氧氧化技術(shù)主要是直接氧化，傳質(zhì)效果差，選擇性高，臭氧利用率低，投資和運(yùn)行成本高。
臭氧催化氧化技術(shù)是在氧化體系中加入過渡金屬離子，可以對(duì)臭氧氧化產(chǎn)生明顯的催化作用，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，催化臭氧氧化過程可分為兩種類型: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可溶性過渡金屬離子，達(dá)到催化臭氧氧化的效果。多相臭氧催化催化劑以固體形式存在，易于分離，工藝簡單，不僅避免了催化劑的損失，而且降低了水處理成本。
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(fù)載在載體上的金屬氧化物；支撐在載體上的金屬；活性炭或以活性炭為載體的催化劑；多孔材料等。
其中，過量的金屬系列氧化物因其價(jià)格相對(duì)低廉、原料易得、催化活性高而得到廣泛應(yīng)用。如氧化鈦、氧化鐵、氧化錳、氧化鋁、氧化鋅、氧化銅、氧化鎳等。
在多相催化臭氧化系統(tǒng)中，通常有三種可能的反應(yīng)機(jī)理:
臭氧化學(xué)吸附在催化劑表面，形成活性物質(zhì)，然后與溶液中的有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)。這種活性物質(zhì)可能是oh或其他形式的氧。
有機(jī)分子通過化學(xué)鍵吸附在催化劑表面，進(jìn)一步與臭氧發(fā)生氣相或液相反應(yīng)。首先，有機(jī)物會(huì)很快吸附在催化劑載體上，載體表面的氧化物會(huì)與它形成一些螯合物，然后這些螯合物會(huì)被臭氧和OH氧化。
臭氧和有機(jī)分子同時(shí)吸附在催化劑表面(復(fù)合作用)，然后發(fā)生反應(yīng)。從被還原的催化劑開始，臭氧會(huì)氧化金屬，臭氧對(duì)被還原金屬的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生OH。有機(jī)物會(huì)吸附在氧化的催化劑上，然后通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)被氧化，從而再次產(chǎn)生還原的催化劑。有機(jī)物會(huì)很容易從催化劑上脫附，然后進(jìn)入本體溶液，或者被OH和臭氧氧化。
臭氧催化劑的特性。
通過大量試驗(yàn)和工程應(yīng)用，篩選出催化劑載體和活性組分，采用大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)方式，保證合成的催化劑具有高機(jī)械強(qiáng)度和長使用壽命。多孔材料為催化劑提供了巨大的比表面積，這使得催化反應(yīng)在單位時(shí)間內(nèi)更加有效。
該催化劑的活性組分主要是活性過渡金屬/氧化物，具有與載體材料相似的性能和高的粘附強(qiáng)度；同時(shí)，通過高溫?zé)Y(jié)成型，保證了活性組分的高利用率，解決了均相催化體系中催化劑的定期添加和催化劑損失率的問題，防止了二次污染。
將該催化劑用于臭氧催化氧化反應(yīng)，可以顯著提高臭氧與污染物的反應(yīng)速率，有效降低處理成本。使用我們的臭氧氧化塔設(shè)備，臭氧用量可減少30%以上，臭氧利用率可達(dá)98%以上。以化工廢水預(yù)處理和印染廢水深度處理為例，與常規(guī)方法相比，所需添加的臭氧量可減少30%，噸水運(yùn)行成本也可降低30%。
