臭氧化净水技术中的矿物催化剂研究

臭氧化技术能有效消解水中的有毒有机污染物，缺点是能耗大，成本高。臭氧配合催化技术可显著提高臭氧化的氧化效率，降低运行成本。本研究拟选用沸石、硅藻土、海泡石和坡缕石等含微孔结构且比表面大的矿物，经复配、粘结等工艺优化出由多种矿物组成的载体材料，并在造粒过程中加载过渡金属氧化物，合成出适合臭氧化工艺的矿物催化剂。进而从矿物表面特征、加工工艺、广谱实用、催化效率等方面进行系统研究，从理论和工艺两方面着手 2100433B

首先介绍了钒钛催化剂催化氧化SO₂的反应机理及其研究进展，随后综述了影响SO₂氧化率的主要因素，主要包括催化剂中V₂O₅含量、催化助剂、飞灰、壁厚及烟气成分、反应温度等，并详细地分析了各因素对SO₂氧化率的影响特性。在此基础上，综述了控制SCR催化剂SO₂氧化率的方法。最后指出SO₂氧化率控制技术的发展对低SO₂氧化率脱硝催化剂的开发、失活催化剂的再生以及废弃催化剂的回用等均有着重要意义。

氧化率催化剂V2O5含量对SO2氧化率的影响

V₂O₅对钒钛催化剂的SCR反应和SO₂氧化反应均具有强烈的催化作用，且上述两个反应的转化率均与V₂O₅含量密切相关。研究表明，随着V₂O₅含量的增加，两个反应的转化率均增加，但是SO₂/SO₃转化率的增速更快，这是因为SO₂的氧化率与催化剂的氧化性密切相关。V₂O₅晶体是工业制备硫酸所用催化剂的主要活性物质，所以随着V₂O₅含量的增加，催化剂的氧化性不断增强，使得SO₂的氧化率不断提高。由此可知，可以通过适当降低V₂O₅含量的方式来控制SO₂氧化率，但这要以牺牲部分脱硝效率为代价，所以单纯减少V₂O₅含量并不是控制SO₂氧化率的最优路径。

氧化率催化助剂对 SO2 氧化率的影响

商业SCR脱硝催化剂的主要成分为V₂O₅活性组分和TiO₂载体，此外为了优化催化剂的某些性能，还需要掺杂特定的金属氧化物作为催化助剂，其中最常见的催化助剂为WO₃和MoO₃，这些催化助剂的存在对SO₂氧化率有着一定的影响。

一般而言，WO₃的掺杂主要是为了提高催化剂的热稳定性和表面酸性。值得注意的是，SAZONOVA等的研究表明WO₃的掺杂还能有效降低催化剂的SO₂氧化率，提高其抗硫性能。然而，DUNN等的研究取得了与之相反的结果，认为WO₃的掺杂会使催化剂的SO₂氧化率提高，MORIKAWA等也获得了相似的研究结果。与WO₃的作用相似，MoO₃的掺杂也是为了提高催化剂的热稳定性和表面酸性，另外还能增强催化剂的抗As中毒能力。KWON等发现MoO₃的掺杂还能够抑制SO₂与V=O键的反应，进而减弱SO₂在催化剂表面的吸附，且研究还发现催化剂中Mo⁶ /Mo⁵ 比值越高，抗硫性能就越好。

虽然WO₃对SO₂氧化率的具体作用存在争议，但催化助剂对SO₂氧化率会产生影响已毋庸置疑，这为改善催化剂的抗硫性能提供了一种可能的方法，即通过引入特定的物质来抑制SO₂的氧化。

氧化率催化剂壁厚对SO2氧化率的影响

商业SCR催化剂有蜂窝式、平板式和波纹板式等型式，不同型式的催化剂的壁厚有所不同，一般而言，催化剂壁越薄，SO₂氧化率越低，但对应的力学性能也会越差。因此，在进行催化剂成型时，应综合考虑力学性能和 SO₂氧化率之间的关系。

根据矿物的结晶程度，通常将氧化物区分为晶态和无定形态。无定形态物质是无序的，即其结构中原子的排列无周期性。普遍接受的无定形物质的定义是不产生X射线衍射谱的胶体物质。土壤中的氧化物是层状硅酸盐矿物风化的最终产物，也是成土过程的产物，其组成反映成土环境。在成土过程中，氧化物总是处于从晶态到无定形态（或相反），或从长序态到短序态的转化之中，即处于老化过程（或活化过程）之中。土壤中的氧化物可能以从无定形态到不同程度晶质的几种形态同时存在，且处于平衡状态。实际上，土壤中的晶态氧化物与无定形氧化物之间并无严格的界限。有时因为土壤所处的环境（如有机质、水分状况等）各异，不同的氧化物即使同属晶态或无定形态，其化学活性仍有明显差别。显然，这些活性的差异在矿物形态上是很难区分的，于是在土壤化学中，常采用化学选择溶解法区分氧化物矿物的化学形态。土壤中的氧化物与层状硅酸盐借助库仑力相互复合，是土壤形成过程中的普遍现象，成为土壤结构体的形成途径之一。氧化物与层状硅酸盐在矿物形成过程中互为物质来源。土壤层状硅酸盐形成过程之一的新生作用，就是以氧化物作为来源物质，而氧化物的形成则是源于土壤中次生的和原生的层状硅酸盐的风化作用。