非均相臭氧催化氧化，目前被大部分研究認(rèn)可的非均相臭氧催化氧化作用機理有自由基反應(yīng)機理、表面配位絡(luò)合機理、協(xié)同作用機理。

一、 自由基反應(yīng)機理

自由基機理主要是臭氧吸附于催化劑表面的活性位點將其分解為氧化能力更強的羥基自由基（OH·），見下圖1。

Yang等研究TiO2催化臭氧化硝基苯時，加入叔丁醇后去除效率明顯降低，認(rèn)為可能是生成的OH·氧化分解的結(jié)果。為此他們溝通過電子順磁共振證實了TiO2的存在加速了臭氧化系統(tǒng)中OH·的產(chǎn)生。

圖1 臭氧分子分解產(chǎn)生羥基自由基的機理

二、 表面配位絡(luò)合機理

在之后的研究中又提出另一種臭氧催化氧化機理，即有機物通過配位絡(luò)合作用吸附于催化劑表面，并進一步被臭氧分子氧化分解。早期Andreozzi等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液的PH高于MnO2的pHpzc時，MnO2幾乎沒有催化活性。當(dāng)?shù)陀贛nO2的pHpzc時，MnO2具有較好的催化活性，并提出草酸的氧化遵循配位絡(luò)合降解機理。Tong等發(fā)現(xiàn)在對磺基水楊酸的降解時有機物首先吸附在MnO2催化劑的表面，隨后臭氧分子攻擊吸附在催化劑上的有機物分子是產(chǎn)生催化活性的原因。有研究者提出了載體負(fù)載金屬催化劑符合此種反應(yīng)機理，大致分為兩種反應(yīng)途徑：一種是有機物通過化學(xué)鍵的作用吸附在催化劑的表面，僅起到配位絡(luò)合的作用；另一種是有機物和臭氧均吸附在催化劑的表面。通過電子轉(zhuǎn)移發(fā)生氧化還原反應(yīng)，見下圖2。

圖2 負(fù)載金屬的催化劑的臭氧催化氧化機理

三、 協(xié)同作用機理

第三種反應(yīng)機理是催化劑與臭氧和有機物均有相互作用，反應(yīng)即可以發(fā)生在催化劑表面，也可以發(fā)生在液相主體。在酸性條件下臭氧分子反應(yīng)尤為明顯，在堿性條件下臭氧分子和羥基自由基（OH·）都有助于除去水中有機污染物。據(jù)報道，有研究者在使用碳基結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管（MWCNT）降解苯酚時，在反應(yīng)120min后，苯酚轉(zhuǎn)換率為100%；而對于難降解的草酸，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程產(chǎn)生了H2O2,自由基抑制劑對草酸的降解并無明顯影響。由此認(rèn)為催化劑與臭氧和有機物均有相互作用，見下圖3。

圖3 多壁碳納米管（MWCNT）催化氧化草酸可能反應(yīng)機理（R,污染物）

• 技術(shù)創(chuàng)新：深圳科力邇科技有限公司在深入研究非均相臭氧催化氧化作用機理基礎(chǔ)上，開發(fā)出高效非均相臭氧催化劑。采用公司專有技術(shù)，集多種活性金屬氧化物（含貴金屬），高孔隙率微孔成型技術(shù)、親水改性抗污染、防堵塞等技術(shù)為一體。






• 該種非均相臭氧催化劑具有以下技術(shù)創(chuàng)新點：

（1）采用多種過渡金屬氧化物（含貴金屬）為催化組分，通過大量實驗及工程驗證，調(diào)整材料的配比使催化劑對不同廢水具有極佳的適應(yīng)性，同時提供高催化活性；

（2）采用多段精準(zhǔn)溫控?zé)Y(jié)技術(shù)，在保證活性組的同時，有效減少生產(chǎn)能耗以及催化劑使用過程中的流失率，防止二次污染；

（3）以高活性組分材料為催化劑載體，采用多孔結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積，并摻雜不易流失催化組分，提高催化劑的穩(wěn)定性能。載體機械強度大、使用壽命長。

（4）催化劑可有效降低反應(yīng)活化能，從而達(dá)到深度氧化、最大限度地去除有機污染物的目的。

（5）可加速臭氧在水中的自分解，增加水中產(chǎn)生的?OH 濃度，從而提高臭氧氧化效果，氧化效率比單純臭氧氧化提高 2～5 倍。

（6）采用原子沉積對催化劑進行改性技術(shù)，催化劑載體具有超親水性，催化劑不易污染、結(jié)垢和堵塞，可長周期運行。




• 高效非均相臭氧催化劑性能參數(shù)：

強度（N/㎡）	≥100
孔容（ml/g）	≥0.3
比表面積（㎡/g）	＞250
松裝密度（t/m3）	0.7
直徑（mm）	2-4
磨耗%	≤0.3
外觀	灰黑色球體
使用壽命（年）	＞5