磁性觸媒應用於催化濕式氧化程序處理水中溶解性污染物之研究

本研究以濕式氧化法(wet air oxidation, WAO)及催化濕式氧化法(catalytic WAO, CWAO)處理甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate, MMA)。於CWAO中,使用自製磁性鉑觸媒(Pt/ZrO2/SiO2/Fe3O4, Pt/ZSM)進行MMA之催化氧化分解並與商用鉑觸媒Pt/γ-Al2O3之催化氧化效能進行比較。研究結果顯示WAO對MMA降解率(ηMMA)及化學需氧量(chemical oxygen demand, COD)礦化率(ηCOD)主要受溫度影響。反應溫度(TST)越高,MMA降解效果越顯著。於WAO中,當TST = 493 K,pO2 = 1.63 MPa (於參考溫度Trf = 493 K時,氧之分壓),及MMA初始濃度CMMA0 = 500 mg L-1,反應三小時後,ηMMA及ηCOD分別為87%及30%。超順磁性鉑觸媒Pt/ZSM為次微米顆粒(100~200 nm),飽合磁化量為6.54 emu g-1,且具有高比表面積(67.46 m2 g-1)及高鉑含量(13.37 wt.% Pt)。其界達電位值(pHZPC)為4.7,故可有效吸附MMA經氧化反應後之中間產物有機酸,並可維持觸媒的催化效能。以添加六氯鉑酸(H2PtCl6.6H2O)之含浸法製備時,水熱還原法可將鉑完全還原;而氣態還原法之Pt以PtCl62-形式存在於表面,殘留的氯離子會影響催化反應。以氧氣為工作氣體控制反應條件為TST = 453 K,pO2 = 1 MPa (Trf = 453 K)及觸媒添加量(mS) = 1 g時進行CWAO處理MMA及COD,氣態還原法觸媒HG-Pt/ZSM (ηMMA及ηCOD分別為29%及54%) 及水熱還原法觸媒HT-Pt/ZSM (ηMMA及ηCOD分別為46%及36%)之反應性與商用鉑觸媒Pt/γ-Al2O3 (ηMMA及ηCOD分別為39%及39%)相當。反應後之Pt/ZSM觸媒依舊具有超順磁性特性(6.5-7.3 emu g-1),故應用高梯度磁性分離機(high-gradient magnetic separation, HGMS)分離後,可將觸媒回收再利用,此為Pt/ZSM在固相分離時優於Pt/γ-Al2O3之處。

作者:吳憶伶