NiO/Pd/Al2O3、CuO/Pd/Al2O3和CoO/Pd/Al2O3催化剂在臭氧分解和光催化降解染料废水中的高效性能研究

研究人员针对工业废水处理中臭氧催化分解效率低、染料降解难等问题，创新性地利用废Pd/Al2O3催化剂为载体，负载NiO、CuO、CoO等过渡金属氧化物，开发出高效双功能催化剂。研究表明NiO/Pd/Al2O3在20分钟内实现近100%臭氧分解，对活性蓝19染料的脱色率高达99%，其性能显著优于同类催化剂，为工业废气处理和废水净化提供了经济高效的解决方案。

　　

随着工业发展带来的环境污染问题日益严峻，臭氧污染和印染废水处理成为环保领域的两大难题。臭氧作为强氧化剂虽能降解污染物，但其自身分解效率低下；而纺织行业排放的偶氮染料废水色度高、难降解，传统处理方法效果有限。如何开发高效、稳定的多功能催化剂，实现臭氧快速分解和染料深度降解，成为环境催化领域的研究热点。

研究人员创新性地利用硝酸生产中的废Pd/Al₂O₃催化剂（Pd含量0.15 wt%）为载体，通过沉积法负载10 wt%的NiO、CuO和CoO活性组分，构建了系列双功能催化剂。研究采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段，系统考察了催化剂在臭氧分解和光催化降解染料废水中的性能。

在技术方法上，研究团队主要运用：沉积法制备催化剂前驱体；XRD分析晶体结构；BET法测定比表面积；UV-Vis漫反射光谱计算能带隙；EPR检测活性氧物种；固定床反应器评价臭氧分解性能；紫外光反应器测试染料脱色效率。

研究结果方面：

1. 材料表征：XRD显示NiO/Pd-Al₂O₃晶粒尺寸最小（10 nm），孔隙率最高（40%）；SEM观察到其独特的纳米棒/球混合形貌，提供了更多活性位点。

2. 臭氧分解性能：NiO/Pd-Al₂O₃在20分钟内实现近100%臭氧转化，活性顺序为NiO>CuO>CoO，归因于表面羟基和氧空位促进O₃→O₂转化。

3. 光催化降解：对活性蓝19染料的脱色率依次为NiO（99%）>CuO（97%）>CoO（90%），表观速率常数达30.4×10^-3 min^-1，DR UV-Vis显示NiO的能带隙最适于紫外光响应。

4. 机理分析：XPS证实催化剂表面存在Ni²⁺/Ni³⁺、Cu⁺/Cu²⁺等多价态，EPR检测到活性氧物种，协同促进污染物降解。

这项发表于《Catalysis Today》的研究具有双重意义：环境方面，开发的催化剂可同步处理气态臭氧污染和液态染料废水；资源方面，实现了废催化剂的循环利用。NiO/Pd-Al₂O₃展现的优异性能，为设计"以废治污"型环境材料提供了新思路，其工业化应用将显著降低污染治理成本。研究还揭示了过渡金属氧化物与载体的协同效应机制，为拓展Al₂O₃基材料在环境催化中的应用提供了理论依据。