【干货】臭氧催化剂得特点及分类，如何选择？

家人们，今天咱来唠唠臭氧催化氧化催化剂，这东西在污水处理领域可太重要啦，能让臭氧氧化效率大大提高，把那些难降解的有机物都给处理得服服帖帖！

臭氧催化氧化催化剂的分类

按相态分

- 均相催化剂：这一类催化剂主要是利用溶液中的金属离子来发挥催化作用，像锰离子、铁离子、钴离子等等 。在均相催化臭氧氧化技术里，这些金属离子分布得特别均匀，催化活性那叫一个高，作用机理也比较清楚，研究起来相对容易。但是呢，它有个让人头疼的缺点，就是这些金属离子都溶解在水里，回收的时候特别困难，还容易造成二次污染，这就导致运行费用比较高，无形之中增加了水处理的成本，所以在实际应用中，它的推广就受到了很大限制。

- 非均相催化剂：这类催化剂主要是固态的金属、金属氧化物，或者是负载在载体上的金属或金属氧化物 。它最大的好处就是催化剂是固态的，很容易和水分离，二次污染也少，处理流程都简化了不少，所以现在越来越受关注。在非均相臭氧催化氧化过程中，又可以细分为三个阶段：首先是臭氧的吸附，然后是污染物被催化剂表面吸附，形成表面螯合物，最后是羟基自由基与表面螯合物发生氧化反应，降解有机污染物。非均相催化剂的活性主要表现在对臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生。

按常见类型分

- 金属催化剂（包括负载型）：很多金属都能用于催化臭氧氧化，比如钛、铜、锌、铁、镍、锰等 。通过一定的制备方式得到的金属催化剂，可以促使水中的臭氧分解，产生氧化性超强的自由基，对那些稳定性高的有机物分解效果特别显著。负载型金属催化剂就是把金属负载在载体上，这样能提高催化剂的活性和稳定性，不过在实际工程中，单金属的催化剂尤其是一些贵金属，价格太贵啦，用起来成本太高，所以用得比较少。

- 金属氧化物催化剂：像二氧化钛（TiO?）、氧化铝（Al?O?）、二氧化锰（MnO?）等 。二氧化钛平常经常用于光催化反应，其实它对水中有机物的臭氧催化氧化效果也很棒，既可以单独当臭氧化反应的催化剂，也能和紫外光一起共同催化臭氧化。氧化铝通常被当作催化剂的载体，但也有研究发现它本身就有一定的催化臭氧氧化能力，能提高有机物的去除率，还能减少臭氧的消耗量。在所有过渡金属氧化物里，二氧化锰的催化活性被认为是最好的，能有效催化降解的有机物种类最多。现在纳米材料兴起，一些以过渡金属氧化物为活性组分的纳米催化剂，像Co?O?、Fe?O?等，在催化臭氧化中取得了不错的效果 。

- 活性炭催化剂：活性炭是由微小结晶和非结晶部分混合组成的碳素物质 ，它表面有大量的酸性或碱性基团，特别是羟基、酚羟基，这让活性炭不仅有吸附能力，还有催化能力。在臭氧和活性炭协同作用的时候，活性炭的吸附作用能让臭氧加速变成羟基自由基，提高氧化效率。活性炭和金属氧化物催化剂对臭氧的分解机理不一样，活性炭表面的路易斯碱起主要作用，而且活性炭表面的吸附性能对臭氧化降解效率影响比较大，所以受介质酸碱性影响也大。活性炭不仅可以单独作为催化剂，还是一种特别好的载体，常常在上面负载一些金属氧化物来提高催化剂的活性 。

臭氧催化氧化催化剂的特点

- 均相催化剂特点：分布均匀、催化活性高 ，作用机理清晰，容易研究。但易流失、难回收，会造成二次污染，运行成本高。

- 非均相催化剂特点：易与水分离 ，二次污染少，简化处理流程。有些非均相催化剂还具有高强度、长寿命的特点，比如以高强度铝合金复合物为载体，均载多种贵金属及过渡金属，辅以稀有金属制备而成的催化剂，抗压强度大、磨损低，使用寿命能达到5年 。从整体上来说，非均相催化剂在实际应用中优势更明显一些。

如何选用合适的催化剂

- 考虑废水水质：不同行业排放的废水成分差别很大 ，像石化、印染、焦化、化工、纺织、造纸等行业的废水，污染物种类和浓度都不一样。如果废水里有机物浓度高、难降解，就需要选择催化活性高、对难降解有机物有针对性的催化剂。比如处理农药废水这种高浓度难降解废水，可能需要选择催化活性更强的催化剂；而处理医药、焦化、石化等行业的低浓度废水，对催化剂的要求可能相对没那么高 。

- 考虑成本因素：贵金属催化剂虽然催化活性高 ，但价格昂贵，运行成本高。如果预算有限，就可以优先考虑廉价过渡金属及其氧化物的催化剂 ，像前面提到的铁、锰等金属氧化物催化剂，性价比就比较高，而且还能大规模生产。

- 考虑催化剂寿命和稳定性：寿命长、稳定性好的催化剂能减少更换催化剂的频率 ，降低维护成本。像高温烧结制备的催化剂，活性组分和载体结合得很牢固，抗压强度大、磨损低，使用寿命就长 。

- 考虑反应条件：溶液的pH值、温度等反应条件对催化剂的活性有影响 。比如有些催化剂在酸性条件下活性高，有些在碱性条件下效果好。温度方面，低温时升高温度，COD和色度的去除率可能会上升，但继续升温可能因为加速臭氧分解，导致去除率下降 。所以要根据实际反应条件来选择合适的催化剂。

- 考虑催化剂的形态：臭氧催化剂有柱状、不规则颗粒和粉末等形态 。柱状催化剂比表面积大、孔隙率高，能提供更多催化活性位点和更好的扩散性能；不规则颗粒催化剂活性表面积大、机械强度高，在催化反应中有更好的耐久性；粉末催化剂比表面积大、反应活性高，能提供更多反应位点和更快的反应速率 。要根据具体的应用场景和反应要求来选择合适的形态。