非均相催化剂催化臭氧产生·OH性能评价体系构建

作者：沈方方; 刘永泽^*; 马军; 江进; 邹金儒; 耿男男; 封莉; 张立秋

来源：中国给水排水, 2023, 39(13): 25-31.

DOI：10.19853/j.zgjsps.1000-4602.2023.13.004

• 非均相催化剂
• 臭氧催化氧化
• 链反应机制
• ·OH产率
• ·OH产速

非均相臭氧催化氧化技术在污(废)水深度处理中应用普遍，它利用非均相催化剂催化臭氧(O3)分解产生羟基自由基(·OH)，从而强化对臭氧难降解有机物的氧化去除。然而目前催化剂种类繁多，且催化效果参差不齐，亟需建立一种横向比较其催化性能的评价体系，为工程中催化剂的筛选与优化应用提供依据。基于催化臭氧分解产生·OH的链反应机制，构建了非均相催化剂催化O3产生·OH性能(·OH产率和产速)评价体系并进行了验证，随后对两类6种催化剂(包括碳材料类，即碳纳米管MWCNTs和N原子掺杂碳纳米管N-CNTs；金属氧化物类，即Fe-Mn-Al2O3、FeOxAl2O3、NiOx-Al2O3和CuMn2O4)诱发O3分解产生·OH的效能进行评价。结果表明，在O3投量约为3.8mg/L的条件下，N-CNTs(0.01～0.06 g/L)的·OH产速快[2.52～8.61μmol/(L·min)]，但产率低(50.20%～59.66%);Fe-Mn-Al2O3、FeOx-Al2O3和NiOx-Al2O3(0.05～0.4 g/L)的·OH产率较高(72.51%～89.50%)，但产速相比较慢[0.66～3.68μmol/(L·min)]；而CuMn2O4(0.05～0.3 g/L)兼具·OH产率高(76.61%～89.46%)、产速快[1.10～5.87μmol/(L·min)]且·OH产速提高快[0.014 6μmol/(min·mg)]的特点，性能最佳。该评价方法的建立有助于筛选非均相催化剂，为臭氧催化氧化工艺的实际应用提供技术指导。

• 单位
  北京林业大学; 广东工业大学; 哈尔滨工业大学; 环境科学与工程学院