催化氧化法的研究與應(yīng)用

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1、催化氧化法的研究與應(yīng)用摘要：催化氧化法可加強(qiáng)生物法和一般化學(xué)法處理含有機(jī)物廢水的處理效果,目前己成為處理難降解有機(jī)廢水的重要途徑。本文主要介紹了催化濕式氧化法、光催化氧化技術(shù)等在有機(jī)廢水中的研究及應(yīng)用，以及催化劑的選擇等，并對(duì)催化氧化的發(fā)展前景作了簡(jiǎn)要評(píng)述。關(guān)鍵字：催化氧化，催化劑，污水處理催化氧化過程主要有常溫常壓下的催化氧化和高溫高壓下的濕式催化氧化、光催化氧化等。通過催化途徑產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的?OH自由基，其氧化電位為2.80V，僅次于氟的2.87V，故它在降解廢水時(shí)具有以下特點(diǎn)：①?OH是高級(jí)氧化過程的中間產(chǎn)物，作為引發(fā)劑誘發(fā)后面的鏈反應(yīng)發(fā)生，對(duì)難降解的物質(zhì)的開環(huán)、

2、斷鍵，將難污染的污染物變成低分子或易生物降解的物質(zhì)特別適用；②?OH幾乎無選擇地與廢水中的任何污染物反應(yīng)，直接將其氧化為CO2、水或鹽，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；③它是一種物理-化學(xué)處理過程，很容易控制，以滿足各種處理要求；④反應(yīng)條件溫和，是一種高效節(jié)能的廢水處理技術(shù)。1、催化氧化法近年來，以產(chǎn)生自由基為主體的高級(jí)氧化技術(shù)得到了較快地發(fā)展了，如濕式空氣氧化法，過氧化氫氧化法，臭氧氧化法和超臨界水氧化等。這種技術(shù)主要是利用產(chǎn)生的高活性自由基進(jìn)攻大分子難降解有機(jī)物，與之反應(yīng)并破壞其分子結(jié)構(gòu)，使之降解成為小分子可生化降解有機(jī)物和二氧化碳、水等無機(jī)物，達(dá)到去除污染物的目的。但是由于單一氧化

3、劑對(duì)有機(jī)物的氧化有較強(qiáng)的選擇性，甚至對(duì)某些有機(jī)物根本就不起作用，而且為了達(dá)到一定的氧化效果，常需使用較大量的氧化劑，造成處理費(fèi)用高而難于在實(shí)際中推廣應(yīng)用。催化氧化技術(shù)正是對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)的改進(jìn)和加強(qiáng)，利用催化劑的催化作用，加快氧化反應(yīng)速度，提高氧化反應(yīng)效率，防止設(shè)備腐蝕，降低成本。如催化濕式氧化技術(shù)、超臨界催化氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)以及新型高效催化氧化技術(shù)等處理效果顯著的氧化技術(shù)。此方法引起了國內(nèi)外環(huán)保工作者的廣泛重視，尤其是近幾年對(duì)這方面的研究十分活躍,產(chǎn)生了大量的新工藝和專利技術(shù)。1.1催化劑催化氧化法是處理難降解有機(jī)廢水的一項(xiàng)重要的新技術(shù)。在對(duì)化學(xué)氧化法的不斷改進(jìn)中,

4、逐步發(fā)展出濕式催化氧化法、光催化氧化法、均相催化氧化法和多相催化氧化法。不同的氧化方法所用的催化劑不相同，有機(jī)化合物的種類和結(jié)構(gòu)不同，催化劑與氧化劑之間存在匹配問題，因此對(duì)催化劑要進(jìn)行篩選評(píng)價(jià)。催化劑一般分為光敏化半導(dǎo)體材料、過渡金屬鹽及其氧化物和復(fù)合氧化物四大類。在形態(tài)上可分為均相和非均相兩種；從催化劑的組成又分貴金屬和非貴金屬兩種。適于氧化反應(yīng)的催化劑大多為過渡金屬氧化物，因?yàn)檫^渡金屬氧化物晶格中的氧很容易被引入或去除。目前應(yīng)用于濕式氧化的催化劑主要包括過渡金屬及其氧化物、復(fù)合氧化物和鹽類。2、濕式催化氧化技術(shù)在濕式氧化（WAO）過程中,加入適宜的催化劑,可使反應(yīng)在更溫

5、和、更短的時(shí)間內(nèi)完成,因此近年來催化劑的研究已成為濕式催化氧化（CWAO）的一個(gè)研究熱點(diǎn),每年都有大量新型催化劑專利發(fā)表.目前應(yīng)用于CWAO中的催化劑主要包括過渡金屬及其氧化物、復(fù)合氧化物和鹽類,根據(jù)催化劑的狀態(tài)可分為均相和非均相催化劑.早期對(duì)CWAO催化劑研究最多的是均相催化劑.根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,村上等人對(duì)Cu、Co、Ni、Fe、Mn、V等幾種可溶性鹽催化劑進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)可溶性銅鹽的催化效果最好.秋常研二研究應(yīng)用催化濕式氧化技術(shù)處理丙烯腈生產(chǎn)廢水,對(duì)Cu、Zn、Fe、Cr、Ni、Co、Mo的催化活性進(jìn)行研究,結(jié)果表明Cu具有明顯的催化作用.均相催化劑雖然具有活性高、反應(yīng)速度快

6、等優(yōu)點(diǎn),但需進(jìn)行后續(xù)處理,流程較復(fù)雜,易引起二次污染.非均相催化劑是以固態(tài)形式存在,催化劑具有活性高、易分離、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),因此非均相催化劑的研究受到了普遍關(guān)注.非均相催化劑主要有貴金屬系列、銅系列和稀土系列催化劑。2.1貴金屬系列催化劑在多相催化氧化中,貴金屬對(duì)氧化反應(yīng)具有高的活性和穩(wěn)定性,已經(jīng)被大量應(yīng)用于石油化工和汽車尾氣治理行業(yè)。為了使貴金屬有較好的分散性并減少貴金屬的用量,貴金屬系列催化劑常采用浸漬法,將貴金屬負(fù)載于高比表面積的載體(例如:活性炭、SiO2、Al2O3、TiO2、CeO2、ZrO2、NaY等)上.大量的研究表明貴金屬系列催化劑在CWAO處理廢水中有

7、較好的活性和穩(wěn)定性.例如Imamura等對(duì)幾種金屬(Ru、Rh、Pt、Ir、Pd、Cu、Mn)與載體(NaY沸石、γ-Al2O3、ZrO2、TiO2、CeO2)制備的催化劑處理丙醇、丁酸、苯酚、乙酰胺、乙酸、甲酸等有機(jī)廢水,發(fā)現(xiàn)Ru的催化活性最好,CeO2是最佳的載體,而且RuPγ-Al2O3催化劑的TOC降解率超過了Cu系均相催化劑.Okitsu等對(duì)不同的貴金屬Pt、Pd、Ru、Rh、Ag等,以Al2O3和TiO2為載體處理p-氯苯酸,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Pt/Al2O3催化劑的降解效率最好,在150℃,反應(yīng)30min，TO