在污水處理領(lǐng)域，高級(jí)氧化工藝憑借其生成羥基自由基（·OH，氧化電位達(dá)2.8 V）的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)難降解有機(jī)物的徹底分解與礦化。該技術(shù)家族中涵蓋芬頓法、臭氧氧化、光催化及電化學(xué)氧化等多種路徑。其中，臭氧氧化具備卓越的氧化性能，既可經(jīng)由直接反應(yīng)（O?氧化電位為2.07 V），也可間接促成·OH生成，從而高效分解廢水中的有機(jī)組分。因其反應(yīng)迅速、不產(chǎn)生二次污染，并兼具消毒與脫色功能，臭氧技術(shù)已被廣泛用于市政污水、工業(yè)排放水、造紙廢液以及印染料廢水等復(fù)雜體系的有效處理。

然而，傳統(tǒng)臭氧工藝在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一系列挑戰(zhàn)，包括氣相臭氧利用效率偏低、反應(yīng)選擇性較差以及對(duì)有機(jī)污染物氧化不徹底等問題。為克服這些限制，業(yè)界正致力于開發(fā)能夠同時(shí)提升臭氧傳質(zhì)效率與自由基產(chǎn)率的強(qiáng)化臭氧化系統(tǒng)。研究顯示，在臭氧反應(yīng)過程中引入催化劑，可顯著促進(jìn)·OH的生成，并增強(qiáng)臭氧直接氧化的效能，從而推進(jìn)污染物深度去除。

圖1.臭氧催化氧化技術(shù)分類

均相催化劑加入可以協(xié)同臭氧氧化，其反應(yīng)催化機(jī)理可分為兩種：

①過渡金屬離子催化臭氧產(chǎn)生更多·OH；

②在催化劑與有機(jī)物或臭氧之間形成絡(luò)合物，提高臭氧與污染物的接觸時(shí)間和反應(yīng)效率。

但實(shí)際過程中催化劑金屬離子不易回收，產(chǎn)泥量大造成二次污染，同時(shí)水處理成本較高，這使臭氧均相催化受到限制。

圖2. 非均相催化氧化體系中催化劑與臭氧對(duì)有機(jī)物的作用途徑

為解決上述難題，科力邇自主研發(fā)了一種非均相芬頓催化劑并獲得專利授權(quán)，將具有催化性能的過渡金屬離子通過摻雜、吸附、接枝改性等手段固定在固體催化劑載體之上，使用的過渡金屬離子包括Cu、Fe、Mn，Co、Zn、Ce、Ni、Cr中的一種或幾種。

這類催化劑催化臭氧氧化的主要作用機(jī)理有：

①固體催化劑催化臭氧產(chǎn)生更多·OH 氧化污染物；

②有機(jī)污染物吸附到固體催化劑上，方便臭氧與污染物進(jìn)行反應(yīng)；

③催化劑的吸附和催化共同作用降解有機(jī)污染物；

如圖2所示，臭氧在金屬氧化物（如 Al2O3、TiO2等）的路易斯中心上分解，臭氧分解發(fā)生在金屬氧化物表面的羥基上，這些活性點(diǎn)位均被視為促進(jìn)臭氧分解的潛在催化中心。因此，負(fù)載型催化劑的性能主要取決于催化劑與載體的協(xié)同作用。

圖3. 科力邇自主研發(fā)的專利非均相臭氧氧化催化劑

科力邇研發(fā)的非均相催化劑經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐驗(yàn)證，通過優(yōu)化各組分配比，構(gòu)建出兼具高催化活性與廣泛適應(yīng)性的材料體系。采用多段精準(zhǔn)控溫?zé)Y(jié)工藝，在維持催化活性的同時(shí)顯著增強(qiáng)材料穩(wěn)定性，有效抑制活性組分溶出，避免二次污染。借助特殊成孔技術(shù)，催化劑比表面積可達(dá)250 m3/g以上，氧化效率較單純臭氧工藝提升2至5倍。該材料抗污染、抗結(jié)垢與抗堵塞性能優(yōu)異，使用壽命超過五年，支持長周期穩(wěn)定運(yùn)行。