非金属臭氧催化剂和金属催化剂的区别

非均相催化剂可分为两类：非金属催化剂和金属催化剂。其中金属催化剂又分为单金属、多金属、贵金属、过渡金属和碱土金属催化剂。

(1)非金属催化剂

非金属催化剂主要是利用一些炭基材料制备催化剂。近年来，纳米碳材料由于具有较高的比表面积和机械强度，导电性能良好，引起众多学者的关注[6]。有研究人员利用炭基材料制备的再生颗粒活性炭（rGAC）能够有效提升污染物的降解效率，快速降低废水的色度，提高废水可生化性。也有研究人员将金属Co掺杂到炭基材料上制备了Co-N@CNTs催化剂，15min便可有效去除草酸。金属Co的添加不仅使得催化剂具有了磁性，而且催化剂之间的协同耦合作用能够有效促进氧化反应的发生，加速界面电子转移，快速降解污染物。

以炭基材料为基础制备的催化剂能够有效促进臭氧分解，比表面积较高，催化活性也很高，对于一些持久性污染物有很好的去除效果，但回收难，易失活。

(2)金属催化剂

①负载型贵金属催化剂

有研究者制备了Ag-NiFe2O4催化剂并用以处理造纸废水。经研究发现，Ni作为活性中心，诱导臭氧发生一系列链式反应最终分解产生羟基自由基（·OH），从而对造纸废水达到很好的处理效果，并且催化剂的活性十分稳定。

贵金属催化剂虽然具有很稳定的催化效果，合适的烃吸附位和大量的氧吸附位，能够快速发生烃吸附和氧活化，但是其成本高昂，离子析出可能会对水体造成二次污染，且大多数情况下，贵金属并非是催化剂的活性中心，因而不太适用于实际生产[7]。

②过渡金属氧化催化剂

与贵金属相比，过渡金属容易获得，且价态丰富，表面的路易斯酸位点能很好地促进臭氧的分解和电子转移，从而表现出很高的催化活性，具有广阔的发展前景。近年来，国内外大量的研究人员利用各种过渡金属及其氧化物制备催化剂用于催化臭氧氧化处理各种废水[8]。

A.铁基催化剂

铁及其氧化物的化学性质都十分活泼，是一种理想的催化剂制备原料。

有研究者利用九水硅酸钠、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）以及硝酸铁，采用水热法制得了FeMCM-41催化剂用以处理双氯芬酸（DCF），矿化率是单独臭氧的2.8倍。此外，有研究者通过控制Si/Fe原子比合成α-Fe2O3掺杂Si元素的催化剂，以进一步提高铁基催化剂的催化效率。研究发现当Si/Fe原子比为0.5时，可有效提高臭氧利用率。

B.铈基催化剂

有研究发现，若在臭氧氧化过程中使用铈基催化剂，能够削弱反应过程中臭氧的直接氧化作用，有效抑制溴酸盐的生成。在催化臭氧氧化降解磺胺甲恶唑（SMZ）的实验中发现，不同晶面的CeO2纳米晶对于抑制溴酸盐的生成作用存在一定的差异，其中100纳米晶的抑制效果最好。还有研究发现煅烧温度会对CeO2催化剂的晶面形态产生影响，进而对催化性能产生影响。

C.锰基催化剂

有研究者制备了一种三维MnO2多孔空心微球，具有良好的吸附和催化性能，表面晶格氧丰富，可以有效加速臭氧分解产生更多的自由基等活性氧化物。将MnOX负载到SBA-15上制得催化剂，对于催化臭氧氧化降解诺氟沙星具有很好的效果，是单独臭氧的1.36倍。此外研究还发现，随着Mn含量的增加，可能会在催化剂表面形成MnOX团簇，使得催化剂的催化活性降低。

锰元素对环境不存在潜在威胁，且氧化物价态丰富，有利于促进单电子转移，产生活性氧（ROS），提高臭氧氧化效率。但锰基催化剂比表面积相对较小，在制备催化剂时，需要考虑通过合成空心结构或负载等方式增大其比表面积，以提高催化效率。

D.铜基催化剂

有研究者将铜负载于SBA-15上合成CuO/SBA-15催化剂，并用以处理苯二酚和草酸。研究发现反应速率随着pH的降低而加快，且在酸性条件下催化剂可能会浸出更多的活性相。此外，无机阴离子几乎不会对催化臭氧氧化过程造成什么影响。

铜价格低廉易得，毒性小，且铜的氧化物为主要的活性中心促进臭氧分解生成自由基，去除污染物。此外，不同的煅烧温度也可改善反应体系中金属的析出，有研究发现900℃煅烧得到的催化剂能够有效避免反应体系中氧化铜的浸出，减少二次污染。

E.复合金属催化剂

使用两种或两种以上的金属制备催化剂，可以充分发挥不同金属的优势，不同金属之间也可能存在协调作用，更有利于促进臭氧分解产生具有活性的自由基。

吴艳霞等[9]以TiO2为载体制备了Mn-Ce/TiO2、Mn-Ce-Ni/TiO2和Mn-Ce-Co/TiO2催化剂，在一定的反应条件下Mn-Ce-Co/TiO2的催化活性最好，且研究发现Ni和Co的增加有助于提高催化剂的催化效果，并且不会对Mn-Ce的分散性产生不利影响。Wu等[10]将锰铈负载在一种介孔γ-Al2O3上，催化臭氧氧化降解溴氨酸，研究其反应机理发现，羟基S-OH2+是臭氧分解的活性中心，·OH和·O2-是主要的活性氧，且Mn和Co之间存在协调作用，促进了臭氧的分解。

以多种金属为原料制备复合金属催化剂，可以形成优势互补，例如加入铁或其氧化物，催化剂会具有磁性，更容易回收再利用。此外，复合金属催化剂在增大催化剂比表面积、抑制金属成分析出、促进臭氧分解产生强氧化性自由基等方面均有突出优势。