כמה אתה יודע על זרז אוזון?

טכנולוגיית חמצון קטליטי של אוזון היא טכנולוגיית חמצון מתקדמת המשתמשת בזרזים ליצירת קבוצות הידרוקסיל חופשיות כדי לשפר את הפירוק של חומר אורגני עקשן במים. יכולות הפחתת הפחמן ופיזור הצבע שלו גבוהות משמעותית מאלו של חמצון אוזון פשוט. יש לו מאפיינים של יעילות פירוק גבוהה וידידותיות לסביבה, וגם העלות שלו נמוכה יותר מחמצון אוזון פשוט משך תשומת לב בהדרגה והפך לאחד ממוקדי המחקר, ויש לו סיכויי יישום טובים בתחום הטיפול המתקדם בשפכים תעשייתיים.

ניתן לחלק את טכנולוגיית האוזון הקטליטי לחמצון קטליטי של אוזון הומוגנית באמצעות יוני מתכת ומי חמצן כזרזים ושימוש במתכת מוצקה, תחמוצת מתכת או תחמוצת מתכת או מתכת המועמסת על מנשא בהתאם למצבי הפאזה השונים של הזרזים המשמשים. זרז חמצון קטליטי של אוזון הטרוגני. לזרזי אוזון הומוגניים יש פיזור אחיד ופעילות קטליטית גבוהה, אך קשים למחזור וגורמים בקלות לזיהום משני. לכן, רוב החוקרים הקדישו תשומת לב רבה יותר לזרזי אוזון הטרוגניים הניתנים למחזור, חסכוניים וידידותיים לסביבה. בחמצון קטליטי הטרוגני של אוזון, הזרז קיים במצב מוצק ומתקבל על ידי העמסת רכיבים פעילים בעלי יכולת קטליטית על נשא זרז. לרכיב הפעיל יש אפקט קטליטי, ולנשא הזרז יש אפקט ספיחה. רכיבים פעילים מחולקים בעיקר לשלוש קטגוריות: יסודות מתכת יקרים, יסודות מתכת מעבר זולים (Mn, Fe, Cu וכו') ואלמנטים נדירים בשפע (Ce, La וכו'). היישום של מתכות יקרות מוגבל בגלל מחירן הגבוה. נכון לעכשיו, משתמשים בעיקר בזולים. מתכות מעבר ותחמוצות שלהן.

שיטת הייצור של זרזי אוזון הטרוגניים המשמשים כיום לטיפול בשפכים עקשן מאמצת בדרך כלל שיטת ערבוב מכנית, שיטת הספגה, שיטת משקעים ושיטת היתוך חם. ביניהם, לשיטת הערבוב המכני באמצעות תחמוצת מתכת מוצקה יש יתרונות של פעולה פשוטה ומתאימה לייצור אצווה בקנה מידה גדול. מכיוון שזרזי אוזון הטרוגניים תומכים בדרך כלל במתכות מעבר ומתכות אדמה נדירות כרכיבים פעילים קטליטית על נשא, תכולת הרכיבים הפעילים הקטליטית שלו ומספר האתרים הפעילים הם המפתח לקביעת היעילות הקטליטית שלו.

כיום, ישנם סוגים רבים של זרזים הטרוגניים, אך ההשפעות הקטליטיות אינן אחידות ביישומים מעשיים. רוב זרזי האוזון הקיימים בשוק קיימים בצורת אבקות וגרגירים, העלולים לגרום לעמידות מוגברת במיטה, להחמרת העברת חום, הפסדי נשיאת זרזים, עלויות גבוהות לטיפול בזרז, קושי במחזור וזיהום משני, המגביל את השימוש בהם. יישומים בתחום הטיפול המתקדם במכוני טיהור שפכים ויישומים ישירים בתעשייה. רק על ידי עיצוב אבקת הזרז לצורה מסוימת, חוזק לחיצה ועמידות בפני שחיקה ניתן להשתמש בה טוב יותר בתעשייה בפועל. בתהליך של חמצון קטליטי של אוזון הטרוגני של מי שפכים, זרזי האוזון ההטרוגניים התעשייתיים הנוכחיים הם לרוב חלקיקים מוצקים כדוריים של 2 עד 5 מ"מ, וצפיפות הזרז גדולה בהרבה ממים. על מנת לשפר את העברת המסה בין שלב הגז, הנוזל והמוצק, נדרשת מחזור מאולץ של הנוזל. הזלפת חלקיקי הזרז צורכת אנרגיה ומגדילה את עלויות התפעול של טכנולוגיית האוזון. אם ניתן לפתח זרז אוזון עם צפיפות קרובה לזו של מים, ניתן להזרים את הזרז המוצק על ידי אספקת פחות כוח, מה שיוזיל מאוד את עלות פעולת השפכים.

צוות המחקר והפיתוח המדע והטכנולוגי שילב מחקר רלוונטי לפיתוח מנגנון אוזון קטליטי באמצעות קבוצות אלקליות שונות על פני השטח של פחם פעיל כאתרים פעילים. פחמן פעיל נהנה משטח הפנים הספציפי הגדול שלו ומקבוצות פונקציונליות בשפע על פני השטח שלו. קבוצות אלו לא רק פועלות כיוזמי ·OH במנגנון תגובת השרשרת, אלא משמשות גם כאתרי ספיחה לחומר אורגני כדי להאיץ את תהליך העברת המסה. השילוב האורגני של המתכת העמוסה ומוביל הפחמן מגביר את החוזק הפיזי, מפחית את הבלאי והבלאי של הזרז במהלך תהליך חיכוך גז/נוזל והתנגשות חלקיקים, ושומר על השלמות המבנית במידה הרבה ביותר. לכן, לסוג זה של זרז יש ערך קידום גדול.