微波催化氧化技术的进展

广东石油化工学院《文献检索与科技写作》课程论文题目：微波催化氧化技术的进展学院：化工与环境工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工09 学号：51学生姓名：张**任课教师：陈兴来(副教授)完成时间：2012年10月28日微波催化氧化技术的进展【摘要】本文介绍了微波催化氧化技术、微波催化反应机理、微波催化氧化技术的发展、微波催化氧化技术在环保方面的应用、微波催化氧化技术在垃圾渗滤液处理中的应用、微波强化光催化氧化技术研究、微波诱导氧化技术在有机废水处理中的应用以及结论与展望、【关键词】微波、催化氧化技术、机理、环保、垃圾渗滤液、强化光、有机废水、处理及应用微波催化氧化技术微波催化氧化技术（MCAO）即将微波技术应用于湿式催化氧化技术中，克服了湿式催化氧化技术的一些缺点。

如前所述，在微波场中，剧烈的极性分子震荡，能使化学键断裂故可用于污染物的降解。

众多学者认为微波诱导催化反应的基本原理是将高强度短脉冲微波辐射聚集到固体催化剂床表面上，使某些表面点位选择性地被很快加热至很高温度。

此时反应器中的任何试剂都不会被微波直接加热，但当这些试剂与受激发的表面点位接触时却可以发生化学反应。

这种反应通过脉冲强度及作用时间等来控制。

这说明，催化剂不仅收集热能，还起着普通催化剂的作用，通过催化剂的专一及选择性可影响反应的进程。

微波催化反应机理研究微波是频率大约在300 MHz～300 GHz，即波长在100 cm 到1 mm 电磁波，具有直线性、反射性、吸收性和穿透性等特征。

微波加热是一种内源性加热，是对物的深层加热，具有许多优点，如选择性加热物料、升温速率快、加热效率高，易于自动控制。

在传统微波辐射技术上发展起来的微波诱导催化氧化技术是该类废水处理方法的新的研究热点。

微波催化氧化技术的发展微波技术微波是指波长在0.001~1 m，即频率大约在300 MHz～300 GHz 范围内的电磁波。

其仅对液体中的极性分子起作用，它的电磁场可使极性分子产生高速旋转进而产生热效应，同时改变体系的热力学参数，降低反应的活化能和分子的化学键强度等。

微波加热的特点之一是可在不同深度同时产生热，这种加热有别于传统的加热方式；其二，微波具有非热效应的特点，即在微波场中，剧烈的极性分子震荡，能使化学键断裂。

湿式催化氧化技术在20 世纪70 年代左右，国外学者对湿式氧化法（WAO）进行了改进，从而得到一种新的方法———湿式催化氧化法（WCAO）。

WCAO 是在高温（123~320 ℃）、高压（0.5~10 MPa）和催化剂（氧化物、贵金属等）存在的条件下，将有机物和NH3-N 分别氧化分解成CO2、N2和H2O 等无害物质，达到净化的目的〔21〕。

催化剂的加入可以降低反应的活化能，使得反应可以在较温和、较短时间内完成〔22〕。

发达国家对WCAO 早已有了工业化的应用，相关的研究报道也很多，其主要应用于含氰废水、煤气化废水、造纸黑液以及城市污泥及垃圾渗滤液处理。

但国内在这方面的研究近年来才开始慢慢得到人们的重视，如蒋展鹏等研究了VC 制药废水的催化湿式氧化技术等。

与传统的WAO 相比，WCAO 有几个优点：（1）催化剂的加入，得以降低反应的条件；（2）可氧化多种物质，从而比较容易提高污水或垃圾渗滤液的可生化性；（3）在调试运行转入正轨以后，抗负荷能力强，处理后的水质受污水或垃圾渗滤液的水质影响较低；（4）可以除臭脱色，污水可以回用，尾气不含刺激性强的有毒物质；（5）此体系设备紧凑，占地面积小。

但WCAO 也有较多缺点，最主要的有以下几点：（1）与WAO 相比，催化剂的加入带来诸多不便，催化剂易中毒，失去活性，回收催化剂比较困难，导致二次污染的生成；（2）催化剂中存在活性组分的流失、烧结及载体表面积缩小等问题；（3）由于催化剂的易损失和催化剂的价格昂贵，使得处理成本高。

微波催化氧化技术在环保方面的应用国内用微波催化氧化技术处理垃圾渗滤液的研究较少，主要应用集中在环保方面。

如史书杰等试验采用微波辅助湿式催化氧化法处理水中高浓度苯酚。

结果表明，对于6 000 mg/L 的模拟含酚废水，在没有活性炭的条件下微波对含醛废水则几乎没有效果。

高宇等试验采用微波铬渣法处理甲基橙溶液。

蒋清民等在活性炭与Fenton 试剂存在下，用微波辐射处理邻苯二酚废水，通过单因素试验和正交试验对影响因素进行了考察，得出微波催化氧化法在处理高浓度苯酚、高浓度含醛废水、甲基橙溶液等许多有机污染物方面效果显著，具有运行条件温和、催化剂投加量少、COD 去除率高等诸多优点。

垃圾渗滤液虽然成分复杂，但它也是高浓度有机废水，含有许多有机污染物，如果将微波催化氧化技术用于垃圾渗滤液的处理之中，并寻找到合适的催化剂及反应条件，相信定会取得满意的处理效果。

微波催化氧化技术在垃圾渗滤液处理中的应用微波诱导催化技术处理难降解的有机废水具有的氧化快速、矿化度高、不引入新的二次污染物、简化操作程序、能使处理废水工程小型化和分散化等优点其它处理技术不可比拟的，尤其适用目前企业处理废水需求。

同时考虑该技术与其它的一些常规技术结合起来，效果更好，显示了很大的潜力和优势。

今后研究方向应该有：（1）低损耗、寿命长、经济、高效和稳定催化剂的开发是该技术的关键。

（2）微波应用在废水处理中机理有待进一步研究，尤其是对于复杂体系的降解机理。

（3）在污水处理中要求连续运行的微波配套设备的研发。

（4）由于大部分研究至今还在实验室，可通过静态分析到动态模拟，逐步走向工业化。

随着微波应用于水处理的技术理论完善，其中一些材料、设备的不断改进，微波诱导催化氧化技术必将成为一种高效、廉价、具有广阔应用前景的废水处理的新技术。

伴随着城市化进程的不断加快，城市垃圾总量也持续稳定增长，圾渗滤液的处理现状妥善处理垃圾渗滤液，彻底消除渗滤液对环境垃圾渗滤液废水水质微波技术在污水处理领域的应用主要依赖于它的热效应。

总之，微波催化氧化法可加速垃圾渗滤液中污染物与氧化剂之间的化学反应，降解过程中又可产生氧化性更强的基团，具有很高的处理效率，同时可进一步优化垃圾渗滤液处理技术的组合应用，随着研究的不断深入，微波催化氧化法将是一种非常有竞争力的处理垃圾渗滤液的新技术。

微波强化光催化氧化技术研究现状及展望通过对乙烯、苯酚、染料、杀虫剂、聚合物等物质的降解试验表明: 增加微波辐射能有效提高光催化的降解效果。

李旦振等以SO4另外, 微波强化光催化对于多种染料、聚合高分子、有机物的色度和TOC 去除效果优于单独光催化, 仅少部分物质微波强化光催化出现效果不如单独光催化。

目前, 对微波强化光催化氧化的机理了解尚不够清楚。

虽然微波和光催化联合使用, 可以明显提高光催化效果, Kataoka 等以TiO2PZrO2为催化剂处理乙烯气体, 发现在低湿度条件下, 微波提高光催化作用不明显; 但在高湿度条件, 增加微波辐射, 乙烯的降解速率比无微波辐射时提高了。

多相光催化氧化是目前环保领域的一项高新技术, 1970 年Harwell 使用微波装置成功处理了核废料, 由此把微波辐射应用到环保领域。

微波因具有可提高化学反应速率, 减少反应步骤等优点已被广泛应用到合成反应中。

近年来国内外一些学者尝试通过微波辐射来强化光催化氧化降解污染物。

本文通过对目前国内外最新研究资料的综述, 探讨微波强化光催化氧化作用及反应机理和影响因素。

微波诱导氧化技术在有机废水处理中的应用微波诱导氧化技术（MIOP）具有处理速度快、无二次污染及操作简单等优点而逐步成为水处理领域的一种新方法。

该技术的基本原理是利用具有强烈吸收微波的“敏化剂”将微波吸收，然后将微波能量传递给不能直接吸收微波的有机化合物，进而引发催化反应，使水中的有机物等污染物质发生转化，达到处理污水的目的。

微波诱导氧化技术的技术关键是微波诱导氧化工艺中的催化剂的制备。

工业生产过程中形成的难降解有机废水进行有效、稳定的处理，是废水处理行业比较关注的课题。

由于这些有机化合物在废水中浓度较高，其成分复杂，常具有极强的酸性或碱性，且大多数对生物体有毒或不良作用，故采用传统生化处理方法处理废水时出水难以满足标准要求。

而微波辐射技术具有快速、高效和不污染环境等特点，为研究难去除有机污染物的高级氧化技术提供了新思路。

现就微波诱导氧化技该技术的研究方向及存在的问题是：（1）开发能够使微波诱导氧化技术连续进行的配套装置。

（2）微波诱导氧化技术在废水处理中反应的机理有待完善，特别是难降解有机物的降解机理。

（3）耐高温耐酸碱腐蚀可连续使用经济、快速和稳定的催化剂研发是微波诱导氧化技术的重点。

（4）对有机废水的处理研究应该由实验室迈向实际生产生活中。

（5）水处理过程中的能耗问题的解决，可以降低处理成本。

结论与展望微波催化氧化技术在处理高浓度有机废水方面有着独特优势：反应速度快、降解有机物彻底、无公害、水质适用范围广，可以大大提高渗滤液出水水质，降低渗滤液毒性及色度等。

因此，微波催化氧化技术是今后处理垃圾渗滤液的重要研究方向之一。

虽然微波催化氧化法有前文所提到的诸多优点，但目前多采用贵金属或活性炭作催化剂。

贵金属处理成本较高，活性炭在微波辐照下虽然能快速处理水中难降解有机污染物，但在微波作用下易于烧结、抗磨损能力较差且不利于回收利用。

微波催化氧化法具有很高的处理效率，微波催化氧化法将是一种非常有竞争力的处理垃圾渗滤液的新技术。

随着微波诱导氧化的技术理论不断完善，微波诱导催化氧化技术定将成为一种快速、低能耗、具有潜力的废水处理技术。

微波催化氧化技术在许多方面都已经得到了大幅度的进展，相信在不久的将来它会越来越多的应用在更多更深层地方面，也会应用在我们的生活中。

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