馬魯銘 ：催化臭氧化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與思考

臭氧應(yīng)用于廢水深度處理，必須經(jīng)催化；催化劑發(fā)揮效果，必須具備“填料”功能；而保證高級(jí)氧化機(jī)制，還必須充分利用“•OH作用域”。簡(jiǎn)單地說，催化臭氧化，對(duì)反應(yīng)區(qū)催化劑比表面積和孔隙率有嚴(yán)格要求。

上述，是催化臭氧化工程應(yīng)用的必要條件。我從事這一研究?jī)H九年時(shí)間，以前課題組從事“催化鐵”研究，對(duì)“鐵刨花”很熟悉；但那時(shí)它是還原劑、反應(yīng)物，不需要具備填料功能，與現(xiàn)在的“催化劑整砌填料”有本質(zhì)不同。

傳統(tǒng)的催化臭氧化技術(shù)，忽視了“•OH作用域”，對(duì)“填料功能”強(qiáng)調(diào)不足。盡管我的研究生學(xué)位論文中都會(huì)強(qiáng)調(diào)臭氧催化劑，且大都在I區(qū)刊物上發(fā)表了論文；但我們真正的貢獻(xiàn)是實(shí)用填料開發(fā)，而不是催化機(jī)制機(jī)理。

“過渡金屬（羥基）氧化物是臭氧分解的催化劑”，這句話是我早期讀物理化學(xué)文獻(xiàn)獲知的，后閱讀廢水處理文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)果相符，由此被我當(dāng)作圣典；后來又擅自加了“有效”（分解）兩個(gè)字，并在各種場(chǎng)合宣揚(yáng)。因此，可能得罪了一些宣稱活性炭、活性鋁為催化劑的廠家。在此辯白：即使不是高級(jí)氧化的催化劑，并不表明臭氧化過程中不起積極作用；前者強(qiáng)調(diào)的是理論概念。

上月，WR發(fā)表了“鐵基催化劑整砌填料：從機(jī)理到應(yīng)用”一文。此文發(fā)表，并不是我的計(jì)劃。因抗疫防控，博士生一年未進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)場(chǎng)的中試及以前的小試結(jié)果，你能不允許人家發(fā)表論文么？只好換個(gè)角度想：還有那么多人懷疑我們技術(shù)的機(jī)制和效果，全部坦白了，也就坦然了。那么，創(chuàng)新技術(shù)如何保護(hù)？就靠專利了！

催化臭氧化領(lǐng)域，我們有十項(xiàng)發(fā)明專利和二項(xiàng)實(shí)用新型專利授權(quán)（見清單）。其中七項(xiàng)涉及鐵基催化劑整砌填料，分為三類：1、表面改性方法（三項(xiàng)）：與傳統(tǒng)浸漬、燒結(jié)方法不同，我們催化成份是通過表面改性獲得的，這是我們長(zhǎng)期研究的課題之一。2、單元化填料構(gòu)造（二項(xiàng)）：保護(hù)了鏤空區(qū)尺寸及功能，篩板的開孔率和孔徑范圍等等。3、填料（二項(xiàng)）：可能理解為填料功能，有發(fā)明和實(shí)用新型各一項(xiàng)，不僅保護(hù)了堆積密度、微通道孔徑、比表面積等范圍，而且保護(hù)了改性后γ-FeOOH層的厚度與覆蓋比等。大家知道：填料功能是通過其幾何外形實(shí)現(xiàn)的；我們又把保護(hù)范圍設(shè)置得很寬，因此后二類專利保護(hù)力度相當(dāng)大。告訴大家：我曾學(xué)習(xí)過《專利法》、《專利審查指南》等文件，為了技術(shù)的健康發(fā)展，我樂意借助法律途徑辨別是非真假。

從工程工藝角度，催化劑整砌填料是反應(yīng)的內(nèi)因；而反應(yīng)器，是催化臭氧化的外因。我曾吃驚地發(fā)現(xiàn)，我們對(duì)此了解得甚少，由此限制了催化臭氧化效率的提高。除氧化反應(yīng)，反應(yīng)器中多相變化有：一相溶解（臭氧向水相溶解）；二相流動(dòng)（氣泡上浮、水流動(dòng)）；三種分解（臭氧在氣相分解、在液相無效分解；在催化劑區(qū)有效分解），如圖示。

 

  目前，我們正在致力于反應(yīng)器優(yōu)化的研究。

 

 附專利清單：

[1] 一種鐵離子促進(jìn)鐵屑表面快速形成γ-FeOOH層的改性方法    ZL 2021102660932

[2] 一種鐵屑表面改性形成γ-FeOOH的方法    ZL 2019103288704

[3] 一種鐵屑表面改性劑及制備α-Fe(1-x)CrxOOH活性層的方法    ZL 2019109585780

[4] 一種催化臭氧形成高級(jí)氧化的微通道整砌填料    ZL 2020111985318

[5] 污水深度處理芬頓法污泥的資源化利用方法    ZL 2015107091167

[6] 一種具備臭氧和紫外光催化功能的低溫等離子體水處理裝置及方法    ZL 2015108326600

[7] 一種紅土鎳礦中和廢酸后制備臭氧氧化催化劑γ?FeOOH的方法    ZL 2015107688036

[8] 一種微粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料、球磨制備方法及其應(yīng)用    ZL 201510201870X

[9] 一種工業(yè)廢水深度處理的催化臭氧氧化方法    ZL 2014102749058 

[10] 一種工業(yè)廢水深度處理的催化過氧化氫氧化方法    ZL 2014102748360 

[實(shí)用新型] 一種臭氧處理廢水用鐵基整砌填料    ZL 2020224719366 

[實(shí)用新型] 一種催化臭氧氧化的單元化填料裝置    ZL 2018215451638 

 

來源：馬魯銘 鐵基催化劑催化臭氧公眾號(hào)