高级氧化技术迈向新阶段：专利型非均相臭氧催化体系引领污水处理革新

在污水处理领域，高级氧化工艺凭借其生成羟基自由基（·OH，氧化电位达2.8 V）的能力，实现对难降解有机物的彻底分解与矿化。该技术家族中涵盖芬顿法、臭氧氧化、光催化及电化学氧化等多种路径。其中，臭氧氧化具备卓越的氧化性能，既可经由直接反应（O₃氧化电位为2.07 V），也可间接促成·OH生成，从而高效分解废水中的有机组分。因其反应迅速、不产生二次污染，并兼具消毒与脱色功能，臭氧技术已被广泛用于市政污水、工业排放水、造纸废液以及印染料废水等复杂体系的有效处理。

然而，传统臭氧工艺在实际应用中仍面临一系列挑战，包括气相臭氧利用效率偏低、反应选择性较差以及对有机污染物氧化不彻底等问题。为克服这些限制，业界正致力于开发能够同时提升臭氧传质效率与自由基产率的强化臭氧化系统。研究显示，在臭氧反应过程中引入催化剂，可显著促进·OH的生成，并增强臭氧直接氧化的效能，从而推进污染物深度去除。

图1.臭氧催化氧化技术分类

均相催化剂加入可以协同臭氧氧化，其反应催化机理可分为两种：

①过渡金属离子催化臭氧产生更多·OH；

②在催化剂与有机物或臭氧之间形成络合物，提高臭氧与污染物的接触时间和反应效率。

但实际过程中催化剂金属离子不易回收，产泥量大造成二次污染，同时水处理成本较高，这使臭氧均相催化受到限制。

图2. 非均相催化氧化体系中催化剂与臭氧对有机物的作用途径

为解决上述难题，科力迩自主研发了一种非均相芬顿催化剂并获得专利授权，将具有催化性能的过渡金属离子通过掺杂、吸附、接枝改性等手段固定在固体催化剂载体之上，使用的过渡金属离子包括Cu、Fe、Mn，Co、Zn、Ce、Ni、Cr中的一种或几种。

这类催化剂催化臭氧氧化的主要作用机理有：

①固体催化剂催化臭氧产生更多·OH 氧化污染物；

②有机污染物吸附到固体催化剂上，方便臭氧与污染物进行反应；

③催化剂的吸附和催化共同作用降解有机污染物；

如图2所示，臭氧在金属氧化物（如 Al2O3、TiO2等）的路易斯中心上分解，臭氧分解发生在金属氧化物表面的羟基上，这些活性点位均被视为促进臭氧分解的潜在催化中心。因此，负载型催化剂的性能主要取决于催化剂与载体的协同作用。

图3. 科力迩自主研发的专利非均相臭氧氧化催化剂

科力迩研发的非均相催化剂经过大量实验与工程实践验证，通过优化各组分配比，构建出兼具高催化活性与广泛适应性的材料体系。采用多段精准控温烧结工艺，在维持催化活性的同时显著增强材料稳定性，有效抑制活性组分溶出，避免二次污染。借助特殊成孔技术，催化剂比表面积可达250 m³/g以上，氧化效率较单纯臭氧工艺提升2至5倍。该材料抗污染、抗结垢与抗堵塞性能优异，使用寿命超过五年，支持长周期稳定运行。