臭氧化凈水技術(shù)中的礦物催化劑研究

臭氧化技術(shù)能有效消解水中的有毒有機(jī)污染物，缺點(diǎn)是能耗大，成本高。臭氧配合催化技術(shù)可顯著提高臭氧化的氧化效率，降低運(yùn)行成本。本研究擬選用沸石、硅藻土、海泡石和坡縷石等含微孔結(jié)構(gòu)且比表面大的礦物，經(jīng)復(fù)配、粘結(jié)等工藝優(yōu)化出由多種礦物組成的載體材料，并在造粒過程中加載過渡金屬氧化物，合成出適合臭氧化工藝的礦物催化劑。進(jìn)而從礦物表面特征、加工工藝、廣譜實(shí)用、催化效率等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，從理論和工藝兩方面著手 2100433B

首先介紹了釩鈦催化劑催化氧化SO₂的反應(yīng)機(jī)理及其研究進(jìn)展，隨后綜述了影響SO₂氧化率的主要因素，主要包括催化劑中V₂O₅含量、催化助劑、飛灰、壁厚及煙氣成分、反應(yīng)溫度等，并詳細(xì)地分析了各因素對SO₂氧化率的影響特性。在此基礎(chǔ)上，綜述了控制SCR催化劑SO₂氧化率的方法。最后指出SO₂氧化率控制技術(shù)的發(fā)展對低SO₂氧化率脫硝催化劑的開發(fā)、失活催化劑的再生以及廢棄催化劑的回用等均有著重要意義。

氧化率催化劑V2O5含量對SO2氧化率的影響

V₂O₅對釩鈦催化劑的SCR反應(yīng)和SO₂氧化反應(yīng)均具有強(qiáng)烈的催化作用，且上述兩個(gè)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率均與V₂O₅含量密切相關(guān)。研究表明，隨著V₂O₅含量的增加，兩個(gè)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率均增加，但是SO₂/SO₃轉(zhuǎn)化率的增速更快，這是因?yàn)镾O₂的氧化率與催化劑的氧化性密切相關(guān)。V₂O₅晶體是工業(yè)制備硫酸所用催化劑的主要活性物質(zhì)，所以隨著V₂O₅含量的增加，催化劑的氧化性不斷增強(qiáng)，使得SO₂的氧化率不斷提高。由此可知，可以通過適當(dāng)降低V₂O₅含量的方式來控制SO₂氧化率，但這要以犧牲部分脫硝效率為代價(jià)，所以單純減少V₂O₅含量并不是控制SO₂氧化率的最優(yōu)路徑。

氧化率催化助劑對 SO2 氧化率的影響

商業(yè)SCR脫硝催化劑的主要成分為V₂O₅活性組分和TiO₂載體，此外為了優(yōu)化催化劑的某些性能，還需要摻雜特定的金屬氧化物作為催化助劑，其中最常見的催化助劑為WO₃和MoO₃，這些催化助劑的存在對SO₂氧化率有著一定的影響。

一般而言，WO₃的摻雜主要是為了提高催化劑的熱穩(wěn)定性和表面酸性。值得注意的是，SAZONOVA等的研究表明WO₃的摻雜還能有效降低催化劑的SO₂氧化率，提高其抗硫性能。然而，DUNN等的研究取得了與之相反的結(jié)果，認(rèn)為WO₃的摻雜會(huì)使催化劑的SO₂氧化率提高，MORIKAWA等也獲得了相似的研究結(jié)果。與WO₃的作用相似，MoO₃的摻雜也是為了提高催化劑的熱穩(wěn)定性和表面酸性，另外還能增強(qiáng)催化劑的抗As中毒能力。KWON等發(fā)現(xiàn)MoO₃的摻雜還能夠抑制SO₂與V=O鍵的反應(yīng)，進(jìn)而減弱SO₂在催化劑表面的吸附，且研究還發(fā)現(xiàn)催化劑中Mo⁶ /Mo⁵ 比值越高，抗硫性能就越好。

雖然WO₃對SO₂氧化率的具體作用存在爭議，但催化助劑對SO₂氧化率會(huì)產(chǎn)生影響已毋庸置疑，這為改善催化劑的抗硫性能提供了一種可能的方法，即通過引入特定的物質(zhì)來抑制SO₂的氧化。

氧化率催化劑壁厚對SO2氧化率的影響

商業(yè)SCR催化劑有蜂窩式、平板式和波紋板式等型式，不同型式的催化劑的壁厚有所不同，一般而言，催化劑壁越薄，SO₂氧化率越低，但對應(yīng)的力學(xué)性能也會(huì)越差。因此，在進(jìn)行催化劑成型時(shí)，應(yīng)綜合考慮力學(xué)性能和 SO₂氧化率之間的關(guān)系。

根據(jù)礦物的結(jié)晶程度，通常將氧化物區(qū)分為晶態(tài)和無定形態(tài)。無定形態(tài)物質(zhì)是無序的，即其結(jié)構(gòu)中原子的排列無周期性。普遍接受的無定形物質(zhì)的定義是不產(chǎn)生X射線衍射譜的膠體物質(zhì)。土壤中的氧化物是層狀硅酸鹽礦物風(fēng)化的最終產(chǎn)物，也是成土過程的產(chǎn)物，其組成反映成土環(huán)境。在成土過程中，氧化物總是處于從晶態(tài)到無定形態(tài)（或相反），或從長序態(tài)到短序態(tài)的轉(zhuǎn)化之中，即處于老化過程（或活化過程）之中。土壤中的氧化物可能以從無定形態(tài)到不同程度晶質(zhì)的幾種形態(tài)同時(shí)存在，且處于平衡狀態(tài)。實(shí)際上，土壤中的晶態(tài)氧化物與無定形氧化物之間并無嚴(yán)格的界限。有時(shí)因?yàn)橥寥浪幍沫h(huán)境（如有機(jī)質(zhì)、水分狀況等）各異，不同的氧化物即使同屬晶態(tài)或無定形態(tài)，其化學(xué)活性仍有明顯差別。顯然，這些活性的差異在礦物形態(tài)上是很難區(qū)分的，于是在土壤化學(xué)中，常采用化學(xué)選擇溶解法區(qū)分氧化物礦物的化學(xué)形態(tài)。土壤中的氧化物與層狀硅酸鹽借助庫侖力相互復(fù)合，是土壤形成過程中的普遍現(xiàn)象，成為土壤結(jié)構(gòu)體的形成途徑之一。氧化物與層狀硅酸鹽在礦物形成過程中互為物質(zhì)來源。土壤層狀硅酸鹽形成過程之一的新生作用，就是以氧化物作為來源物質(zhì)，而氧化物的形成則是源于土壤中次生的和原生的層狀硅酸鹽的風(fēng)化作用。