一、贵金属催化剂

1. 典型催化剂

• Pt/Al₂O₃：
  • 特点：对含氮、硫有机物（如胺类、硫醇）降解效果优异，低温活性高（反应温度可低至 120℃），抗毒性较强。
  • 应用：化工废水、医药废水处理，尤其适合处理含氰化物或难降解芳烃的废水。
• Pd/TiO₂：
  • 特点：对羧酸类、醛类有机物（如乙酸、甲醛）催化效率高，耐酸腐蚀性能优于 Pt 基催化剂。
  • 应用：食品加工废水、染料中间体废水处理。
• Ru/CeO₂：
  • 特点：铈氧化物（CeO₂）载体具有强储氧能力，与钌协同作用可提升自由基（・OH）生成效率，适合高浓度 COD 废水。

  • 应用：农药废水、焦化废水处理。
    

    
    

2. 优势与局限性

• 优势：
  • 催化活性高，适用 pH 范围广（中性至酸性）；
  • 稳定性强，使用寿命长（通常为 3~5 年）。
• 局限性：
  • 成本昂贵（贵金属占比可达 0.5%~2%）；
  • 对卤素（如 Cl⁻）敏感，易发生催化剂中毒。

二、金属氧化物催化剂

1. 单一金属氧化物

• MnO₂：
  • 特点：价格低廉，对酚类化合物（如苯酚）氧化效果显著，但易溶于酸性废水，导致金属离子溶出（Mn²⁺）。
  • 应用：低浓度酚类废水预处理。
• Co₃O₄：
  • 特点：在碱性条件下对含醛、酮类废水催化活性高，可促进氧气分解为活性氧物种（如 O₂⁻）。
  • 应用：皮革废水、涂料废水处理。

2. 复合金属氧化物

• Cu-Co-Fe 复合氧化物：
  • 特点：通过多金属协同作用提升催化活性，对染料废水（如甲基橙）的 TOC 去除率可达 85% 以上，成本低于贵金属催化剂。
  • 应用：纺织印染废水处理。
• Mn-Ce-O 复合氧化物：
  • 特点：铈（Ce）的添加可增强催化剂的抗烧结能力和氧传递效率，适合高温（＞200℃）工况，对含硫废水（如硫代硫酸盐）降解效果好。
  • 应用：石油化工废水处理。

3. 优势与局限性

• 优势：
  • 成本较低（原料易得），适合大规模工业应用；
  • 可通过调节金属配比优化催化性能。
• 局限性：
  • 酸性条件下易溶出金属离子，导致二次污染；
  • 高温下易发生晶型转变（如 Co₃O₄转化为 CoO），影响稳定性。

三、复合氧化物催化剂（含载体改性）

1. 载体改性催化剂

• Al₂O₃负载金属氧化物：
  • 案例：Fe₂O₃/Al₂O₃对含油废水中的石油类物质去除率达 90%，载体的多孔结构（比表面积＞200 m²/g）可增强吸附 - 催化协同作用。
• TiO₂负载复合氧化物：
  • 案例：Cu-Mn-TiO₂催化剂对医药废水中的抗生素（如四环素）降解效率比单一 CuO 高 40%，TiO₂的光催化特性（虽 CWAO 为非光反应）可间接促进自由基生成。

2. 稀土元素掺杂催化剂

• La-Co-O 催化剂：
  • 特点：镧（La）作为助剂可稳定催化剂晶格结构，抑制 Co³⁺还原为 Co²⁺，提升高温下的抗氧化性，适用于处理含吡啶类杂环化合物的废水。
• Ce-Zr-O 固溶体负载 Pd：
  • 特点：铈锆固溶体（Ce₀.₅Zr₀.₅O₂）具有高储氧能力和热稳定性，与 Pd 结合后可将反应温度从 200℃降至 150℃，降低能耗。

3. 优势

• 兼具高活性与稳定性，可适应复杂水质；
• 稀土元素的引入能减少贵金属用量，降低成本。

四、催化剂选择依据与应用建议

1. 水质特性

• 高毒性 / 难降解废水（如含氰、酚类）：优先选贵金属催化剂（如 Pt/Al₂O₃），因其低温活性高且抗毒性强。
• 高盐 / 酸性废水：选耐腐蚀性强的催化剂（如 Pd/TiO₂或 Mn-Ce-O 复合氧化物），避免金属溶出。
• 高浓度 COD 废水：选复合氧化物或稀土掺杂催化剂（如 La-Co-O），利用多组分协同增强氧化能力。

2. 成本与维护

• 中小型项目：优先考虑金属氧化物催化剂（如 Cu-Co-Fe 复合氧化物），成本低且易制备。
• 大型连续化项目：采用贵金属催化剂，虽初期投资高，但长期运行稳定性和能效更优（如减少能耗 30% 以上）。

3. 环保要求

• 严格限制重金属排放的地区：避免使用易溶出金属离子的催化剂（如 MnO₂），优先选贵金属或稀土稳定化催化剂。

五、催化剂发展趋势

1. 纳米化与单原子催化：开发纳米级贵金属颗粒或单原子分散催化剂（如单原子 Pt/Al₂O₃），提高活性位点利用率，减少贵金属用量。
2. 抗中毒改性：通过表面包覆（如 SiO₂涂层）或离子交换技术，增强催化剂对 Cl⁻、SO₄²⁻等毒性离子的耐受性。
3. 双功能催化剂：同时具备吸附和催化氧化功能（如活性炭负载金属氧化物），用于预处理与催化氧化一体化工艺。

总结