Technologie de l'ozone catalytique pour le traitement de l'eau Résumé de 3 catalyseurs couramment utilisés
La technologie d'oxydation catalytique à l'ozone est une technologie d'oxydation avancée basée sur l'ozone, qui combine la forte propriété oxydante de l'ozone et la propriété d'adsorption et catalytique du catalyseur, et peut résoudre plus efficacement le problème de la dégradation incomplète de la matière organique.
La technologie d'oxydation catalytique à l'ozone est divisée en technologie d'oxydation catalytique à l'ozone homogène et en technologie d'oxydation catalytique à l'ozone multiphasée en fonction de l'état de phase du catalyseur. Dans la technologie d'oxydation catalytique homogène à l'ozone, le catalyseur est uniformément réparti et a une activité catalytique élevée, et le mécanisme d'action est clair et facile à étudier et à comprendre. Cependant, ses inconvénients sont également évidents : le catalyseur est miscible à l'eau, ce qui le rend facile à perdre, difficile à récupérer et produit une pollution secondaire, des coûts d'exploitation élevés, augmentant le coût du traitement de l'eau. Technologie d'oxydation catalytique à l'ozone multiphase utilisant des catalyseurs solides à pression atmosphérique pour accélérer la réaction d'oxydation de la phase liquide (ou phase gazeuse), le catalyseur existe à l'état solide, facile à séparer de l'eau, moins de pollution secondaire et simplifie le traitement processus qui attire de plus en plus l’attention.
Pour la technologie de la technologie d'oxydation catalytique à l'ozone, la sélection de catalyseurs solides est la clé de l'efficacité de l'oxydation efficace de la technologie. On constate que les catalyseurs multiphasiques ont trois rôles principaux :
Premièrement, l'adsorption de la matière organique, pour les catalyseurs ayant une capacité d'adsorption relativement grande, lorsque l'eau entre en contact avec le catalyseur, la matière organique présente dans l'eau est d'abord adsorbée à la surface de ces catalyseurs, formant des chélates de surface avec affinité, provoquant l'oxydation de l'ozone. plus efficace.
Deuxièmement, l'activation catalytique des molécules d'ozone, ce type de catalyseur a une activité catalytique à haute efficacité, peut efficacement activer l'activation catalytique des molécules d'ozone, les molécules d'ozone dans le rôle de ce type de catalyseur sont faciles à décomposer et à produire, telles que les radicaux hydroxyles et autres hautement oxydants. radicaux, améliorant ainsi l’efficacité de l’oxydation de l’ozone.
Troisièmement, synergie d'adsorption et d'activation, ce type de catalyseur peut non seulement adsorber efficacement les polluants organiques dans l'eau, mais peut également catalyser l'activation des molécules d'ozone, générant des radicaux libres hautement oxydants, à la surface de ce type de catalyseur, l'adsorption des substances organiques. La synergie d'activation des polluants et des oxydants peut obtenir un meilleur effet catalytique d'oxydation de l'ozone.
Les catalyseurs impliqués dans la technologie d'oxydation catalytique à l'ozone multiphasique sont principalement des oxydes métalliques (Al2O3, TiO2, MnO2, etc.), des oxydes métalliques ou métalliques chargés sur le support (CuTiO2, CuAl2O3, TiO2AlO3, etc.) et des matériaux poreux à grande surface spécifique. . L'activité catalytique de ces catalyseurs est principalement caractérisée par la décomposition catalytique de l'ozone et la promotion de radicaux hydroxyles. L'efficacité du processus d'oxydation catalytique de l'ozone dépend principalement du catalyseur et de ses propriétés de surface, du pH de la solution, qui peut affecter la nature des sites actifs à la surface du catalyseur et de la réaction de décomposition de l'ozone en solution.
1. Les catalyseurs métalliques (chargés) préparés d'une certaine manière peuvent induire la décomposition de l'ozone dans l'eau et produire des radicaux libres dotés de très fortes propriétés oxydantes, améliorant ainsi considérablement leur effet de décomposition sur la matière organique hautement stable dans l'eau. De nombreux métaux peuvent être utilisés pour catalyser le processus d’oxydation de l’ozone, comme le titane, le cuivre, le zinc, le fer, le nickel, le manganèse, etc.
2. Oxydes métalliques Les oxydes métalliques peuvent affecter directement le choix rationnel du mécanisme de réaction catalytique et son efficacité. Généralement, le groupe hydroxyle à la surface des oxydes métalliques est le site actif de la réaction catalytique, qui adsorbe les anions et les cations de l'eau en libérant des protons et des groupes hydroxyles dans l'eau et subit une réaction d'échange d'ions, entraînant la formation d'un groupe de Bronsted. site acide, qui est généralement considéré comme le centre catalytique des oxydes métalliques. Plusieurs catalyseurs d'oxydes métalliques, tels que TiO2, Al2O3 et MnO2, qui ont été largement étudiés, sont décrits en détail ci-dessous.
(1). Le dioxyde de titane TiO2TiO2 est généralement utilisé comme réaction photocatalytique, mais il est également efficace dans l'oxydation catalysée par l'ozone de la matière organique dans l'eau, soit comme catalyseur pour la réaction d'ozonation seule, soit comme co-catalyseur pour l'ozonation avec la lumière UV. et coll. ont étudié l'effet de l'ozonation catalytique sur la dégradation de l'acide oxalique en utilisant de la poudre de TiO2 comme catalyseur. Par rapport au système d'oxydation à l'ozone seul, le taux d'élimination et le degré de minéralisation de l'acide oxalique par ozonation catalytique multiphase ont été considérablement améliorés.
(2). L'alumine Al2O3Al2O3 est généralement utilisée comme support pour les catalyseurs, mais certains chercheurs ont découvert qu'elle possède également une certaine capacité à catalyser l'ozonation. Ni et Chen ont montré que la présence de y-Al2O3 augmentait l'élimination du carbone organique du 2-chlorophénol de 21 % à 43 % avec l’oxydation de l’ozone seule, et cet appauvrissement de la couche d’ozone n’était que la moitié de celui avec l’ozonation seule. Il n'y a eu aucun changement significatif dans l'effet d'élimination après trois utilisations consécutives du catalyseur.
(3). Dioxyde de manganèse MnO2 Parmi tous les oxydes de métaux de transition, le MnO2 est considéré comme présentant la meilleure activité catalytique et peut catalyser efficacement la dégradation du plus grand nombre d'espèces organiques. Ces dernières années, l'émergence des nanomatériaux a offert de nouvelles opportunités pour le développement de nouveaux matériaux catalytiques efficaces pour l'ozonation, et l'utilisation de nanomatériaux a amélioré l'efficacité catalytique des catalyseurs par rapport aux catalyseurs classiques en phase massive. L'étude des nanomatériaux d'oxydes de métaux de transition pour des applications catalytiques a été rapportée dans de nombreuses publications. En ozonation catalytique, certains nanocatalyseurs avec des oxydes de métaux de transition comme composants actifs, tels que CO3O4, Fe2O.
3. TiO ZnO et ainsi de suite ont obtenu un meilleur effet catalytique.3 Charbon actif Le charbon actif est un matériau carboné constitué d'un mélange de minuscules parties cristallines et non cristallines, et la surface du charbon actif contient un grand nombre de groupes acides ou basiques. , et la présence de ces groupes acides ou basiques, en particulier hydroxyle et hydroxyle phénolique, confère au charbon actif non seulement une capacité d'adsorption mais également une capacité catalytique. Au cours du processus synergique ozone/charbon actif, l'ozone est accéléré en radicaux hydroxyles par l'adsorption du charbon actif, améliorant ainsi l'efficacité de l'oxydation. La différence entre le charbon actif comme catalyseur et l'oxyde métallique comme catalyseur pour l'ozonation catalytique réside dans le mécanisme de décomposition différent de l'ozone : la base de Lewis à la surface du charbon actif joue le rôle principal ; tandis que l'acide de Lewis à la surface de l'oxyde métallique est le point actif du processus catalytique. De plus, pour le système catalytique au charbon actif, la propriété d'adsorption de la surface du charbon actif joue un rôle plus important, de sorte que l'efficacité de la dégradation par ozonation est grandement affectée par l'acidité et l'alcalinité du milieu. Il existe actuellement une abondante littérature décrivant le mécanisme de la technologie d’oxydation multiphasée catalysée par l’ozone. Trois mécanismes possibles sont généralement reconnus :
(1). On pense que la matière organique est chimisorbée à la surface du catalyseur, formant des chélates de surface présentant une certaine nucléophilie, avec lesquels l'ozone ou les radicaux hydroxyles subissent ensuite une réaction d'oxydation, formant des intermédiaires qui peuvent être davantage oxydés en surface ou désorbés en solution. être davantage oxydé, comme le montre la figure 1. Le système d'oxydation catalytique de certains catalyseurs ayant une capacité d'adsorption relativement grande a tendance à suivre ce mécanisme.
(2). Le catalyseur non seulement adsorbe la matière organique, mais réagit également directement avec l'ozone dans une réaction redox, produisant des métaux à l'état oxydé et des radicaux hydroxyles qui peuvent directement oxyder la matière organique, comme le montre la figure 2.
(3). Les catalyseurs catalysent la décomposition de l'ozone pour produire un oxydant plus réactif, qui réagit avec les molécules organiques non adsorbées chimiquement.
