臭氧化凈水技術中的礦物催化劑研究

臭氧化技術能有效消解水中的有毒有機污染物，缺點是能耗大，成本高。臭氧配合催化技術可顯著提高臭氧化的氧化效率，降低運行成本。本研究擬選用沸石、硅藻土、海泡石和坡縷石等含微孔結構且比表面大的礦物，經復配、粘結等工藝優(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。進而從礦物表面特征、加工工藝、廣譜實用、催化效率等方面進行系統研究，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的反應機理及其研究進展，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、反應溫度等，并詳細地分析了各因素對SO₂氧化率的影響特性。在此基礎上，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反應和SO₂氧化反應均具有強烈的催化作用，且上述兩個反應的轉化率均與V₂O₅含量密切相關。研究表明，隨著V₂O₅含量的增加，兩個反應的轉化率均增加，但是SO₂/SO₃轉化率的增速更快，這是因為SO₂的氧化率與催化劑的氧化性密切相關。V₂O₅晶體是工業(yè)制備硫酸所用催化劑的主要活性物質，所以隨著V₂O₅含量的增加，催化劑的氧化性不斷增強，使得SO₂的氧化率不斷提高。由此可知，可以通過適當降低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，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果，認為WO₃的摻雜會使催化劑的SO₂氧化率提高，MORIKAWA等也獲得了相似的研究結果。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，另外還能增強催化劑的抗As中毒能力。KWON等發(fā)現MoO₃的摻雜還能夠抑制SO₂與V=O鍵的反應，進而減弱SO₂在催化劑表面的吸附，且研究還發(fā)現催化劑中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氧化率會產生影響已毋庸置疑，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，但對應的力學性能也會越差。因此，在進行催化劑成型時，應綜合考慮力學性能和 SO₂氧化率之間的關系。

根據礦物的結晶程度，通常將氧化物區(qū)分為晶態(tài)和無定形態(tài)。無定形態(tài)物質是無序的，即其結構中原子的排列無周期性。普遍接受的無定形物質的定義是不產生X射線衍射譜的膠體物質。土壤中的氧化物是層狀硅酸鹽礦物風化的最終產物，也是成土過程的產物，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)到不同程度晶質的幾種形態(tài)同時存在，且處于平衡狀態(tài)。實際上，土壤中的晶態(tài)氧化物與無定形氧化物之間并無嚴格的界限。有時因為土壤所處的環(huán)境（如有機質、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，于是在土壤化學中，常采用化學選擇溶解法區(qū)分氧化物礦物的化學形態(tài)。土壤中的氧化物與層狀硅酸鹽借助庫侖力相互復合，是土壤形成過程中的普遍現象，成為土壤結構體的形成途徑之一。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，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化作用。