产品名称：臭氧氧化催化剂

**氧化催化剂是以复合多孔高强度的硅铝、氧化铝、钛铝、碳硅铝等类型为催化载体，采用过渡金属、稀土、贵金属等为活性组份，具有臭氧消耗低，抗压强度大，去除效率高，使用寿命长等特点，产品可用于芬顿氧化、臭氧氧化、电催化氧化、可生化等工艺，现已广泛用于印染、养殖、电镀、造纸、皮革、农药、医药、焦化、石化、精细化工、化工园区、垃圾渗透液、市政等行业的高浓度难降解有机污水预处理及深度处理。常见臭氧氧化催化剂根据其基材的不同分为陶基臭氧氧化催化剂、铝硅基臭氧氧化催化剂、铝硅基臭氧氧化催化剂和活性炭基臭氧氧化催化剂。各种型号催化剂对比见下表。

表1 各种型号催化剂对比

根据负载不同的有效催化成分，催化剂又分为金属催化剂、金属氧化物催化剂。

（1）（负载）金属催化剂

通过一定方式制备的金属催化剂能够促使水中臭氧分解, 产生具有极强氧化性的自由基, 从而显著提高其对水中高稳定性有机物的分解效果。许多金属可用于催化臭氧氧化过程中, 如钛、铜、锌、铁、镍、锰等。

（2）金属氧化物

金属氧化物的合理选用可直接影响催化反应机理和效率。一般金属氧化物表面上的羟基基团是催化反应的活性位，它通过向水中释放质子和羟基，发生离子交换反应而从水中吸附阴离子和阳离子，形成Bronsted酸位，而该酸位通常被认为是金属氧化物的催化中心。下面以几种被广泛进行了研究的金属氧化物催化剂TiO₂、Al₂O₃ 、MnO₂做详细介绍。

1）二氧化钛TiO₂

TiO₂一般用作光催化反应，但是它对水中有机物的催化臭氧化也有很好的效果，既可以单独作为臭氧化反应的催化剂，又可以和紫外光一起共同催化臭氧化。相对于单独臭氧氧化体系，多相催化臭氧化法对污染物的去除率和矿化程度有极大的提高。

2）氧化铝Al₂O₃ 

Al₂O₃通常被用作催化剂的载体，但有些研究者发现它同样具有一定的催化臭氧氧化的能力。Ni和Chen的研究表明，γ- Al₂O₃的存在使2-氯酚的有机碳去除率从单独臭氧氧化的21%提高到43%，而且臭氧的消耗量仅为单独臭氧氧化时的一半，催化剂连续使用三次后去除效果没有明显变化。

3）二氧化锰MnO₂

在所有过渡金属氧化物中，MnO₂被认为表现出了*好的催化活性，可以有效催化降解的有机物种类*多。

近年来，纳米材料的出现为开发新型高效的臭氧化催化材料提供了新的机遇，与传统的体相催化剂相比，纳米材料的使用提高了催化剂的催化效率。过渡金属氧化物纳米材料在催化领域的应用研究已有许多文献报道。在催化臭氧化中，一些以过渡金属氧化物为活性组分的纳米催化剂比如Co₃O₄、Fe₂O₃、TiO₂、ZnO等取得了较好的催化效果。

（二）、催化剂催化氧化作用及机理介绍

2.1臭氧催化氧化机理

臭氧在化学性质上主要呈现强氧化性，氧化能力仅次于氟、·OH和O(原子氧)，其氧化能力是单质氯的1.52倍。在水溶液中，臭氧与***分子的反应机理主要有臭氧直接氧化和自由基间接氧化反应两种。

1.直接氧化反应

臭氧与水中有机污染物之间的直接氧化反应,可以分两种方式：

（1）亲电取代反应。亲电取代反应主要发生在分子结构中电子云密度较大的位置。在带有-OH、-CH3、-NH2等取代苯基结构的***中，苯环中邻、对位上碳原子的电子云密度较大，这些位置上的碳原子易与臭氧发生亲电取代反应。

（2）偶极加成反应。由于臭氧分子具有偶极结构(偶极距约为0. 55D)，所以臭氧分子与含不饱和键的***分子相互作用时，可进行偶极加成反应。一般而言，臭氧的直接氧化反应速率较慢，而且反应具有选择性，所以其降解有机污染物的效率较低。

2.自由基间接氧化反应

（1）自由基间接氧化降解按反应过程可以粗略分为两个阶段:**阶段为臭氧的自身分解产生自由基。当溶液中存在引发剂如OH-等时可以明显加快臭氧分解产生自由基的速度。在**阶段中，·OH与有机物分子中的活泼结构单元( 如苯环、-OH、-NH2等) 发生反应，并引发自由基链反应。随着反应的进行，***分子结构被氧化破裂，分解转化为小分子有机物，如甲酸、乙酸等，或进一步将这些有机小分子完全矿化(以总有机碳(TOC)为测试指标)为CO2和H2O，从而达到降低出水中COD( 化学需氧量) 和提高处理后污水的可生物降解性的目的。

·OH间接氧化反应有以下两个主要特点：反应速率非常快，与一般***分子反应的速率常数k。

（2）·OH自由基的反应选择性很小，当水中存在多种污染物质时，不会出现一种物质得到降解而另一种物质浓度基本不变的情况。

臭氧氧化的反应较为复杂，在一个反应体系中，往往既出现臭氧直接氧化反应，又出现自由基间接氧化反应。溶液的pH值对O₃氧化反应选择何种机理起决定作用，在强酸性介质中以直接氧化反应为主，而在碱性介质中则以自由基间接氧化反应为主。

2.2催化剂催化氧化机理

2.2.1催化剂的特点 

催化剂是一种物质，它通过基元步骤的不间断地重复循环，将反应物转变为产物，在循环的*终步骤催化剂再生为其原始状态。

更简单地说，催化剂是一种能够改变一个化学反应的速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。

许多种类物质可用来作催化剂，包括金属、金属化合物(如金属氧化物、硫化物等)、有机金属络合物、酶或细胞等。

催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。催化作用一般指催化剂促进化学反应速度的现象，一般表现为不能改变平衡的位置，只能加速反应趋于平衡；只能加速热力学上可以进行的反应；通过改变反应历程而改变反应速度；能降低活化能，提高反应速度；对加速化学反应具有选择性。

常用催化活性来描述催化剂对反应加速的程度，用来衡量催化剂效能大小的标准。

反应速率表示反应快慢，一般有三种表示方法：以催化剂质量为基淮、以催化剂体积为基准、以催化剂表面积为基准。

在催化反应动力学的研究中，活性多用反应速率来表达。对于固体催化剂，与催化剂单位表面积相对应的活性称为比活性（α）

α=k/S

k--催化反应速度常数；

S---活性比表面积。

2.2.2催化剂催化氧化机理

目前，已有大量文献叙述了多相催化臭氧化的机理。一般认为有三种可能的机理：

（1）认为有机物被化学吸附在催化剂的表面，形成具有一定亲核性的表面螯合物，然后臭氧或者羟基自由基与之发生氧化反应，形成的中间产物金额能在表面进一步被氧化，也可能脱附到溶液中被进一步氧化，一些吸附容量比较大的催化剂的催化氧化体系往往遵循这种机理。

（2）催化剂不但可以吸附有机物，而且还直接与臭氧发生氧化还原反应，产生的氧化态金属和羟基自由基可以直接氧化有机物。

（3）催化剂催化臭氧分解，产生活性更高的氧化剂，从而与非化学吸附的有机物分子发生反应。