Dựa trên các thành phần hoạt tính khác nhau, chất xúc tác không đồng nhất có thể được chia thành chất xúc tác kim loại và muối, oxit kim loại và chất xúc tác oxit kim loại tổng hợp; dựa trên hình dạng của chúng, chúng có thể được chia thành hình cầu, hình cột ngắn và hình tổ ong; dựa trên quá trình chuẩn bị của họ, họ có thể được chia thành những người sử dụng sự hỗ trợ và những người không sử dụng sự hỗ trợ.
Chất xúc tác không đồng nhất ở trạng thái rắn phần lớn ngăn ngừa mất chất xúc tác, dễ tách khỏi nước thải hơn và có những ưu điểm như hoạt tính tốt, độ ổn định tốt và quy trình xử lý ngắn;
Tuy nhiên, có sự chuyển khối giữa các pha xúc tác không đồng nhất và chất rắn lơ lửng trong nước thải và các chất trung gian phản ứng có thể khiến các hạt xúc tác bị bao phủ hoặc bị chặn, dẫn đến mất hoạt tính.
I. Các loại chất xúc tác
(1) Chất xúc tác kim loại/được hỗ trợ
Trong công nghệ oxy hóa xúc tác dị thể, chất xúc tác kim loại quý được sử dụng rộng rãi do hoạt tính cao, tuổi thọ cao và khả năng thích ứng mạnh. Các chất xúc tác được chế tạo bằng các kim loại quý như P, Pd và Ru làm thành phần hoạt tính không chỉ có các vị trí hấp phụ hydrocarbon tương thích mà còn có một số lượng lớn các vị trí hấp phụ oxy, có thể nhanh chóng trải qua quá trình kích hoạt oxy và hấp phụ hydrocarbon khi phản ứng bề mặt diễn ra. Để đạt được độ phân tán tốt hơn và giảm lượng kim loại sử dụng, quá trình ngâm tẩm thường được sử dụng để hỗ trợ kim loại trên các chất mang có diện tích bề mặt riêng cao, chẳng hạn như Al3O2, SiO2, than hoạt tính, TiO2, CeO2 và ZrO2.
(2) Oxit kim loại/Chất xúc tác được hỗ trợ
Việc lựa chọn chất xúc tác trong quá trình oxy hóa xúc tác đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố, chẳng hạn như tính chất của dung dịch, khả năng xúc tác của chất xúc tác và độ ổn định nhiệt của nó trong nước. Trong số này, oxit kim loại được đánh giá cao do có tính ổn định cao và hoạt động tốt.
Dựa trên độ ổn định của chúng, chất xúc tác có thể được phân loại như sau: 1. Các oxit ổn định nhất trong điều kiện oxy hóa cao, chẳng hạn như oxit titan, oxit vanadi, oxit crom, oxit magiê, oxit kẽm và oxit nhôm; 2. Các oxit có độ ổn định vừa phải, chẳng hạn như oxit sắt, oxit coban, oxit niken và oxit chì; 3. Ôxit trạng thái-oxy hóa{4}}cao không ổn định và kim loại quý, chẳng hạn như bạch kim, palladium, ruthenium và vàng.
(3) Ôxit tổng hợp/Chất xúc tác được hỗ trợ
Dựa trên nguyên tắc bổ sung của việc điều chỉnh hoạt tính xúc tác, chất xúc tác oxit tổng hợp dự kiến sẽ đạt được hoạt tính xúc tác cao hơn. Tác dụng hiệp đồng có thể tăng cường hoạt động của chất xúc tác và ức chế sự hòa tan của các thành phần hoạt động. Ví dụ, sự kết hợp của CoO, CuO hoặc NiO với các oxit Fe(III), Pt hoặc Ru là chất xúc tác oxy hóa hiệu quả.
Cơ sở lựa chọn chất xúc tác II
(1) Lựa chọn chất xúc tác
Khi lựa chọn chất xúc tác, thông thường nên sử dụng chất xúc tác có các đặc điểm sau:
1. Tốc độ oxy hóa nhanh và tiếp xúc pha tốt hơn, từ đó đẩy nhanh tốc độ phản ứng;
2. Không-chọn lọc, cho phép quá trình oxy hóa hoàn toàn;
3. Tính chất lý hóa ổn định trong dung dịch axit nóng;
4. Hoạt động cao và tuổi thọ dài ở nhiệt độ cao và không nhạy cảm với chất độc;
5. Độ bền cơ học cao và chống mài mòn.
(2) Lựa chọn chất xúc tác hỗ trợ
Dựa trên thành phần của các hạt mang chất xúc tác, nó có thể được chia đại khái thành ba loại: chất mang dạng hạt, chất mang-hạt thô và chất nền.
Khi sử dụng chất xúc tác, các điểm sau thường được xem xét:
1. Thành phần hóa học và độ phân tán;
2. Các đặc tính hóa lý bề mặt-độ xốp, khả năng hấp phụ, tính chất điện hóa và cơ học;
3. Độ dày và số lượng vật liệu hoạt động có thể nạp được;
4. Cường độ và độ ổn định cụ thể;
5. Tính ổn định hóa học;
6. Khả năng chống mài mòn, độ cứng và cường độ nén;
7. Tham gia phản ứng xúc tác.
III Nguyên nhân gây mất hoạt tính chất xúc tác
Ngoài hoạt tính cao và tính chọn lọc tốt, chất xúc tác còn phải có độ bền và độ ổn định cơ học tốt, độ ổn định ảnh hưởng đến khả năng phân hủy hoạt tính của chúng.
Sau một thời gian sử dụng, chất xúc tác sẽ bị mất hoạt tính, chủ yếu là do mất vật liệu xúc tác và luyện cốc.
Mất chất xúc tác là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ngừng hoạt động. Sự mất mát này chủ yếu bị ảnh hưởng bởi độ pH, khiến các thành phần hoạt động bị hòa tan. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng độ pH của nước thải có tác động đáng kể đến quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong pha lỏng.
Ví dụ, chất xúc tác ozone không đồng nhất thể hiện tốc độ phản ứng thấp và tốc độ khử hoạt tính cao trong điều kiện axit. Sự mất chất xúc tác là tối thiểu ở pH 7. Khi pH lớn hơn 7 nhưng nhỏ hơn 9 thì không xảy ra sự mất chất xúc tác. Tuy nhiên, khi pH lớn hơn 10 thì tốc độ phản ứng vẫn thấp. Vì vậy, việc điều chỉnh giá trị pH có thể làm giảm hoặc ngăn ngừa mất chất xúc tác.
Quá trình luyện cốc của chất xúc tác là một nguyên nhân chính khác gây ra hiện tượng mất hoạt tính, còn được gọi là quá trình vô hiệu hóa chất xúc tác. Điều này chủ yếu là do sự lắng đọng cacbon, nitơ và các chất khác được tạo ra trong quá trình phản ứng trên bề mặt chất xúc tác. Các ứng dụng kỹ thuật đã xác minh rằng một số chất xúc tác không đồng nhất có tốc độ phân hủy cao trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó là mất hoạt tính. Phân tích sắc ký quang điện hóa năng lượng (ESCA) của bề mặt chất xúc tác cho thấy sự lắng đọng carbon, cản trở sự tiếp xúc giữa các chất phản ứng trong pha lỏng và bề mặt chất xúc tác, do đó dẫn đến khử hoạt tính.