臭氧催化剂在印染废水中的应用

臭氧高级氧化技术在水处理中扮演着重要角色，它通过产生强氧化性的羟基自由基来分解水中的有机污染物。然而，单独使用臭氧时，其氧化能力受到限制，因为臭氧的直接反应速率较慢，且臭氧在水中的溶解度和稳定性不高。因此，引入非均相臭氧催化剂变得十分必要。这些催化剂能够提高臭氧的分解效率，从而增强氧化过程。

非均相臭氧催化剂是指在不同相态中工作的催化剂，它们可以是固体、液体或气体。在处理臭氧催化反应时，不同载体的催化剂具有各自的优缺点：

1. 金属氧化物基催化剂：这类催化剂通常具有较高的催化活性和稳定性，但可能面临成本较高和对环境敏感的问题。

2. 分子筛基催化剂：分子筛具有良好的热稳定性和选择性，但其合成成本较高，且在某些条件下可能失活。

3. 碳基催化剂：碳基催化剂，尤其是碳纳米管和石墨烯等碳材料，具有以下优势：

- 高比表面积：提供更多的活性位点，增强催化效率。

- 良好的化学稳定性：在多种化学环境下保持稳定，不易被腐蚀。

- 可调节的孔结构：通过改变碳材料的孔径和分布，可以优化催化剂的性能。

- 环境友好：碳材料来源广泛，制备过程相对环保。

- 可回收性：碳基催化剂通常易于回收再利用，减少资源浪费。

综上，以碳基材料作为载体的非均相臭氧催化剂具有显著的优势。碳基材料如活性炭、碳纳米管和石墨烯等，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、良好的导电性和化学稳定性，使得它们成为理想的催化剂载体。这些碳基载体能够有效地吸附水中的有机污染物，并促进臭氧分子的分解，生成更多的羟基自由基。

科力迩碳基臭氧催化剂（KHC-PC1001）

碳基材料广泛存在于自然界中，大多通过煤、生物质等燃料热解产生。在煤炭或生物质热解过程中挥发分的释放导致其内含大量孔隙结构，燃料中包含的大分子经过一次反应断键形成多种中间产物，这些中间产物经过二次反应生成最终产物。碳基材料表面一般含有丰富的含氧官能团，同金属基催化材料相比，碳基催化材料成本相对较低，具有较好比表面积、发达的孔隙结构，具有优良的吸附能力。同时，其发达的孔隙结构和高比表面积能够为活性催化组分的负载提供空间和表面支撑。

科力迩选用碘值1100以上，比表面积1400m2/g的活性炭为基质制备出一种高活性的非均相臭氧催化剂——KHC-PC1001，其微观结构如下图所示。其具有的高比表面积为催化反应提供了更多的活性位点，在多种化学环境下都表现出良好的稳定性，这使得该型碳基臭氧催化剂在酸、碱和有机溶剂中都能保持较好的催化性能。碳基臭氧催化剂还具有优异的电子传输能力，这有助于加速催化反应中的电子转移过程，同时碳基臭氧催化剂毒性较低，且材料来源广泛，易于回收利用，符合绿色化学和可持续发展的要求。

碳基质微观结构

产品优势

该型碳基臭氧催化剂的优势主要包括以下几点：

1）高比表面积：具有非常高的比表面积（约1300m2/g），这使得它能够提供大量的活性位点，提高催化效率。

2）多孔结构：多孔结构有助于提高活性组分的分散性，减少催化剂颗粒的团聚现象，从而提升催化活性和稳定性。

3）化学稳定性：材料具有良好的化学稳定性，可以在多种化学反应条件下保持结构不变，保证催化剂的长期使用。

4）机械强度：通常具有较好的机械强度，这有助于在反应过程中保持催化剂的完整性，减少磨损和破碎，年磨损率＜2%。

5）可调节的孔径分布：通过不同的制备方法和后处理技术，可以调节孔径分布，以适应不同大小催化剂颗粒的需求。

6）易于回收和再生：在使用后可以通过简单的物理或化学方法进行回收和再生，便于重复使用，减少环境污染。

8）应用广泛：它们可以用于处理各种类型的工业废水，包括但不限于纺织、造纸、电子、制药和食品加工等行业，催化效果好、材料来源广泛，容易再生，环境友好，具有广阔的应用前景。

应用领域与案例分析

染料废水

染料废水成分复杂、水质变化大、色度深、浓度大，处理困难。处理方法主要有氧化、吸附、膜分离、絮凝、生物降解等。这些方法各有优缺点，其中活性炭能有效地去除废水的色度和COD。活性炭处理染料废水在国内外都有研究，但大多数是和其它工艺耦合，碳基臭氧催化剂对染料废水有良好的脱色效果。染料废水的脱色率随温度的升高而增加，而pH值对染料废水的脱色效果没有太大的影响。在最佳氧化工艺条件下，酸性品红、碱性 品红废水的脱色率均>97%，出水的色度稀释倍数≤50倍，COD<50 mg/L，达到国家一级排放标准。

科力迩使用KHC-PC1001臭氧氧化工艺处理某工厂混合染料废水以及亚甲基蓝废水，其效果图如下图所示，混合染料废水中包括亚甲基蓝、甲基红、甲基橙、罗丹明等多种染料，色度＞10000，TOC超过2000mg/L，经臭氧催化氧化处理后，臭氧投加量为200ppm时，脱色率超过99.9%，矿化率超过45%；亚甲基蓝废水色度＞1000，TOC＞500mg/L,在臭氧投加量为100ppm时，脱色率超过99.9%，矿化率超过47%。

KHC-PC1001处理混合偶氮染料废水、亚甲基蓝染料废水效果图

科力迩碳基臭氧催化剂，独特的制备工艺，确保了催化剂表面拥有极高的活性位点密度，从而显著提升了催化效率。此外，科力迩还注重催化剂的稳定性与耐用性，通过特殊的表面处理与结构设计，有效延长了催化剂的使用寿命，降低了用户的使用成本。

与市面上的其他臭氧催化剂相比，科力迩碳基臭氧催化剂展现出了显著的优势。在催化效率方面，科力迩产品能够更快、更彻底地完成臭氧的生成与分解，为用户带来更高的生产效率与更优质的产品质量。在环保性能方面，科力迩催化剂在催化过程中几乎不产生任何有害物质，真正实现了绿色、环保的生产理念。

综上所述，科力迩碳基臭氧催化剂催化效率高、环保性能优秀，具有良好的应用前景。