馬魯銘 ：催化臭氧化技術發展現狀與思考

臭氧應用于廢水深度處理，必須經催化；催化劑發揮效果，必須具備“填料”功能；而保證高級氧化機制，還必須充分利用“•OH作用域”。簡單地說，催化臭氧化，對反應區催化劑比表面積和孔隙率有嚴格要求。

上述，是催化臭氧化工程應用的必要條件。我從事這一研究僅九年時間，以前課題組從事“催化鐵”研究，對“鐵刨花”很熟悉；但那時它是還原劑、反應物，不需要具備填料功能，與現在的“催化劑整砌填料”有本質不同。

傳統的催化臭氧化技術，忽視了“•OH作用域”，對“填料功能”強調不足。盡管我的研究生學位論文中都會強調臭氧催化劑，且大都在I區刊物上發表了論文；但我們真正的貢獻是實用填料開發，而不是催化機制機理。

“過渡金屬（羥基）氧化物是臭氧分解的催化劑”，這句話是我早期讀物理化學文獻獲知的，后閱讀廢水處理文獻發現結果相符，由此被我當作圣典；后來又擅自加了“有效”（分解）兩個字，并在各種場合宣揚。因此，可能得罪了一些宣稱活性炭、活性鋁為催化劑的廠家。在此辯白：即使不是高級氧化的催化劑，并不表明臭氧化過程中不起積極作用；前者強調的是理論概念。

上月，WR發表了“鐵基催化劑整砌填料：從機理到應用”一文。此文發表，并不是我的計劃。因抗疫防控，博士生一年未進實驗室，現場的中試及以前的小試結果，你能不允許人家發表論文么？只好換個角度想：還有那么多人懷疑我們技術的機制和效果，全部坦白了，也就坦然了。那么，創新技術如何保護？就靠專利了！

催化臭氧化領域，我們有十項發明專利和二項實用新型專利授權（見清單）。其中七項涉及鐵基催化劑整砌填料，分為三類：1、表面改性方法（三項）：與傳統浸漬、燒結方法不同，我們催化成份是通過表面改性獲得的，這是我們長期研究的課題之一。2、單元化填料構造（二項）：保護了鏤空區尺寸及功能，篩板的開孔率和孔徑范圍等等。3、填料（二項）：可能理解為填料功能，有發明和實用新型各一項，不僅保護了堆積密度、微通道孔徑、比表面積等范圍，而且保護了改性后γ-FeOOH層的厚度與覆蓋比等。大家知道：填料功能是通過其幾何外形實現的；我們又把保護范圍設置得很寬，因此后二類專利保護力度相當大。告訴大家：我曾學習過《專利法》、《專利審查指南》等文件，為了技術的健康發展，我樂意借助法律途徑辨別是非真假。

從工程工藝角度，催化劑整砌填料是反應的內因；而反應器，是催化臭氧化的外因。我曾吃驚地發現，我們對此了解得甚少，由此限制了催化臭氧化效率的提高。除氧化反應，反應器中多相變化有：一相溶解（臭氧向水相溶解）；二相流動（氣泡上浮、水流動）；三種分解（臭氧在氣相分解、在液相無效分解；在催化劑區有效分解），如圖示。

 

  目前，我們正在致力于反應器優化的研究。

 

 附專利清單：

[1] 一種鐵離子促進鐵屑表面快速形成γ-FeOOH層的改性方法    ZL 2021102660932

[2] 一種鐵屑表面改性形成γ-FeOOH的方法    ZL 2019103288704

[3] 一種鐵屑表面改性劑及制備α-Fe(1-x)CrxOOH活性層的方法    ZL 2019109585780

[4] 一種催化臭氧形成高級氧化的微通道整砌填料    ZL 2020111985318

[5] 污水深度處理芬頓法污泥的資源化利用方法    ZL 2015107091167

[6] 一種具備臭氧和紫外光催化功能的低溫等離子體水處理裝置及方法    ZL 2015108326600

[7] 一種紅土鎳礦中和廢酸后制備臭氧氧化催化劑γ?FeOOH的方法    ZL 2015107688036

[8] 一種微粒增強鐵基復合材料、球磨制備方法及其應用    ZL 201510201870X

[9] 一種工業廢水深度處理的催化臭氧氧化方法    ZL 2014102749058 

[10] 一種工業廢水深度處理的催化過氧化氫氧化方法    ZL 2014102748360 

[實用新型] 一種臭氧處理廢水用鐵基整砌填料    ZL 2020224719366 

[實用新型] 一種催化臭氧氧化的單元化填料裝置    ZL 2018215451638 

 

來源：馬魯銘 鐵基催化劑催化臭氧公眾號