马鲁铭 ：催化臭氧化技术发展现状与思考

臭氧应用于废水深度处理，必须经催化；催化剂发挥效果，必须具备“填料”功能；而保证高级氧化机制，还必须充分利用“•OH作用域”。简单地说，催化臭氧化，对反应区催化剂比表面积和孔隙率有严格要求。

上述，是催化臭氧化工程应用的必要条件。我从事这一研究仅九年时间，以前课题组从事“催化铁”研究，对“铁刨花”很熟悉；但那时它是还原剂、反应物，不需要具备填料功能，与现在的“催化剂整砌填料”有本质不同。

传统的催化臭氧化技术，忽视了“•OH作用域”，对“填料功能”强调不足。尽管我的研究生学位论文中都会强调臭氧催化剂，且大都在I区刊物上发表了论文；但我们真正的贡献是实用填料开发，而不是催化机制机理。

“过渡金属（羟基）氧化物是臭氧分解的催化剂”，这句话是我早期读物理化学文献获知的，后阅读废水处理文献发现结果相符，由此被我当作圣典；后来又擅自加了“有效”（分解）两个字，并在各种场合宣扬。因此，可能得罪了一些宣称活性炭、活性铝为催化剂的厂家。在此辩白：即使不是高级氧化的催化剂，并不表明臭氧化过程中不起积极作用；前者强调的是理论概念。

上月，WR发表了“铁基催化剂整砌填料：从机理到应用”一文。此文发表，并不是我的计划。因抗疫防控，博士生一年未进实验室，现场的中试及以前的小试结果，你能不允许人家发表论文么？只好换个角度想：还有那么多人怀疑我们技术的机制和效果，全部坦白了，也就坦然了。那么，创新技术如何保护？就靠专利了！

催化臭氧化领域，我们有十项发明专利和二项实用新型专利授权（见清单）。其中七项涉及铁基催化剂整砌填料，分为三类：1、表面改性方法（三项）：与传统浸渍、烧结方法不同，我们催化成份是通过表面改性获得的，这是我们长期研究的课题之一。2、单元化填料构造（二项）：保护了镂空区尺寸及功能，筛板的开孔率和孔径范围等等。3、填料（二项）：可能理解为填料功能，有发明和实用新型各一项，不仅保护了堆积密度、微通道孔径、比表面积等范围，而且保护了改性后γ-FeOOH层的厚度与覆盖比等。大家知道：填料功能是通过其几何外形实现的；我们又把保护范围设置得很宽，因此后二类专利保护力度相当大。告诉大家：我曾学习过《专利法》、《专利审查指南》等文件，为了技术的健康发展，我乐意借助法律途径辨别是非真假。

从工程工艺角度，催化剂整砌填料是反应的内因；而反应器，是催化臭氧化的外因。我曾吃惊地发现，我们对此了解得甚少，由此限制了催化臭氧化效率的提高。除氧化反应，反应器中多相变化有：一相溶解（臭氧向水相溶解）；二相流动（气泡上浮、水流动）；三种分解（臭氧在气相分解、在液相无效分解；在催化剂区有效分解），如图示。

 

  目前，我们正在致力于反应器优化的研究。

 

 附专利清单：

[1] 一种铁离子促进铁屑表面快速形成γ-FeOOH层的改性方法    ZL 2021102660932

[2] 一种铁屑表面改性形成γ-FeOOH的方法    ZL 2019103288704

[3] 一种铁屑表面改性剂及制备α-Fe(1-x)CrxOOH活性层的方法    ZL 2019109585780

[4] 一种催化臭氧形成高级氧化的微通道整砌填料    ZL 2020111985318

[5] 污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法    ZL 2015107091167

[6] 一种具备臭氧和紫外光催化功能的低温等离子体水处理装置及方法    ZL 2015108326600

[7] 一种红土镍矿中和废酸后制备臭氧氧化催化剂γ‑FeOOH的方法    ZL 2015107688036

[8] 一种微粒增强铁基复合材料、球磨制备方法及其应用    ZL 201510201870X

[9] 一种工业废水深度处理的催化臭氧氧化方法    ZL 2014102749058 

[10] 一种工业废水深度处理的催化过氧化氢氧化方法    ZL 2014102748360 

[实用新型] 一种臭氧处理废水用铁基整砌填料    ZL 2020224719366 

[实用新型] 一种催化臭氧氧化的单元化填料装置    ZL 2018215451638 

 

来源：马鲁铭 铁基催化剂催化臭氧公众号