關(guān)于臭氧催化劑單元化填料
填料是化工領(lǐng)域很重要的工藝構(gòu)件。填料性能的改進，將大幅提高生產(chǎn)效率。一般在酸性、強堿性、腐蝕性條件下，鐵刨花是沒有資格成為填料的。但在催化臭氧深度處理廢水過程中，將鐵刨花經(jīng)表面改性，形成α-FeOOH等鐵的氧化物，不僅能有效催化臭氧，而且保護了內(nèi)層的零價鐵，避免被繼續(xù)氧化。表面改性的鐵刨花可視為惰性固體，具備了作為化工填料的必要條件。由此制備的填料，比表面積巨大，可達5700m2/m3，是常規(guī)商品填料的七至八倍，所有其它填料難以達到的。原因很簡單：鐵刨花只有0.01至0.10mm厚，且表面存在大量的裂紋。
目前從事材料表面改性研究的科研項目眾多，但大部分并不涉及填料研究?；ぬ盍媳仨氂芯薮蟮谋缺砻娣e和孔隙率，這就希望鐵刨花更薄、更為密實。在了解到改性鐵刨花性質(zhì)后，依據(jù)化工填料知識，對鐵刨花形狀、大小的篩選，然后通過機械設(shè)備進行適當?shù)膲嚎s，制作成單元化填料，這是我們工程化研究成果。目前市面上常見的填料為散裝填料，即每個填料是個小物件；也有規(guī)整填料，即大塊狀，如蜂窩或沙琪瑪。我們的 產(chǎn)品單元化填料為規(guī)整填料。若同樣的鐵刨花經(jīng)機械粉碎，完全可制備成同樣比表面積和孔隙率的散裝填料。問題是在運輸和使用過程中，散裝填料的相互摩擦，會損傷鐵刨花表面形成的有效催化成份FeOOH，從而影響催化效果。用機械設(shè)備在適宜的參數(shù)范圍內(nèi)對鐵刨花進行壓縮，制作成單元化填料，圓滿地解決了這一問題。在此強調(diào)適宜的參數(shù)范圍，除指比表面積、空隙率外，單元化填料中還要引入一個重要概念——孔隙連通率。鐵刨花壓縮到一定程度，孔隙連通率急劇下降，很多孔隙成為死胡同，水流和臭氧氣泡無法通過，填料效果下降。通過給出“比表面積”與“孔隙率”兩概念數(shù)值范圍，可在制造過程中有效控制孔隙孔徑和孔隙連通率。
在臭氧反應(yīng)池中投加單元化填料，目的是為了催化臭氧形成羥基自由基；羥基自由基在水中的壽命只有納秒級，即：羥基自由基不可能通過水流擴散傳質(zhì)，去氧化液相主體的有機污染物；只能通過微觀傳質(zhì)（如布朗運動），就近氧化液體中有機物。所以沙琪瑪狀單元化填料孔隙率雖大，孔隙孔徑卻很小。通過采用一定厚度的鐵刨花，用比表面積范圍約束，使之符合這一條件，這對催化臭氧工藝的水處理效果非常關(guān)鍵。
催化臭氧反應(yīng)池整體水流可設(shè)計為折流式，每個反應(yīng)單元中氣液異向流，這也很重要。臭氧不是化學穩(wěn)定物質(zhì)，半衰期較短，其利用率與流態(tài)關(guān)系甚大。理論分析表明：在催化劑為3米高的條件下，氣液同向流時，臭氧利用率僅為27%；而氣液異向流時，臭氧利用率可達99%以上。在廢水深度處理催化臭氧氧化領(lǐng)域，這種布置及形成的流態(tài)，尚沒有發(fā)現(xiàn)類似成果。
我們的單元化填料都有外包裝，且用材講究。難道僅是為了產(chǎn)品外觀？答案是否定的。前已講了鐵刨花表面改性形成催化成份，也論述了規(guī)整化填料的重要性。在實踐上，還有很多具體問題需深入研究，以保證單元化填料在水處理過程中的持續(xù)效果。端午節(jié)吃粽子時，如何解釋外包裝的作用，我豁然開朗：粽子不等于（蘆葉+糯米）；包裝成粽子，才在水煮后產(chǎn)生獨特的口感和青香……
我們的單元化填料，在工程上又稱之為模塊化催化劑，都是一會事。
作者： 馬魯銘 鐵基催化劑催化臭氧