引言

随着工业化和城市化的快速发展，水体污染和大气污染已成为全球面临的严峻环境问题。化学需氧量（COD）是衡量水体有机污染程度的关键指标，而大气中的挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物（NOx）等污染物则直接危害人体健康和生态环境。臭氧高级氧化技术因其强氧化能力而备受关注，但单纯臭氧氧化存在选择性高、矿化不彻底等局限。臭氧催化剂的出现，有效提升了臭氧的利用效率和污染物的降解效果，成为污水处理和大气污染治理领域的研究热点。

一、臭氧催化剂在污水处理中降低COD的作用

COD反映了水中还原性物质（主要是有机物）的含量，降低COD是污水处理的核心目标之一。臭氧催化剂通过催化臭氧分解产生羟基自由基（·OH）等活性氧物种，这些自由基具有极高的氧化电位（2.80 V），能够无选择性地攻击有机分子，将其矿化为CO₂和H₂O，从而显著降低COD。

常用的臭氧催化剂包括金属氧化物（如MnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、CeO₂）、负载型金属催化剂（如Cu/Al₂O₃、Fe/活性炭）以及碳材料等。以某印染废水处理为例，单独臭氧氧化对COD的去除率仅为30%～40%，而采用Mn-Ce/Al₂O₃催化剂后，COD去除率可提升至75%以上，且反应时间缩短。催化臭氧氧化技术不仅提高了COD去除效率，还改善了废水的可生化性，为后续生物处理创造了有利条件。

二、臭氧催化剂在大气污染治理中的应用

大气污染治理中，臭氧催化剂主要用于催化臭氧氧化VOCs、NOx以及臭氧分解。

1. 催化臭氧氧化VOCs

VOCs是形成臭氧和细颗粒物（PM2.5）的重要前体物。催化臭氧氧化可在低温下将VOCs（如甲苯、甲醛、丙酮等）氧化为CO₂和H₂O。例如，Mn基催化剂在室温下即可高效催化臭氧氧化甲苯，去除率超过90%。该方法能耗低、无二次污染，适合工业废气处理。

2. 催化臭氧分解

在许多工业场所（如消毒、水处理、印刷等），臭氧作为强氧化剂被使用，但排放的尾气中残留臭氧必须消除，因为臭氧本身会刺激呼吸道、损害植物。臭氧分解催化剂（如MnO₂、Pd/Al₂O₃、活性炭负载金属氧化物）可将臭氧高效分解为氧气，分解率可达99%以上，且使用寿命长。

3. 同时脱硫脱硝

催化臭氧氧化结合湿法洗涤可同时去除SO₂和NOx。臭氧将难溶的NO氧化为高价态N₂O₅，再通过碱性吸收液吸收。催化剂可提高臭氧的氧化效率，降低臭氧投加量，从而减少能耗和二次污染。

三、臭氧催化剂的设计与挑战

高效臭氧催化剂需具备丰富的活性位点、良好的稳定性、抗湿性和抗中毒能力。目前研究热点包括：纳米结构催化剂、双金属协同催化剂、整体式催化剂（如蜂窝陶瓷负载）等。实际应用中仍面临诸多挑战：催化剂在复杂气氛下的失活、臭氧分解副产物（如O₂）的调控、以及催化剂成本与再生问题。

##

臭氧催化剂作为连接污水与大气治理的桥梁，在降低COD、降解VOCs、分解臭氧等方面展现出独特优势。通过多学科交叉设计、绿色制备工艺以及智能化运行管理，臭氧催化剂有望在环境净化领域发挥更大作用，助力实现碳达峰、碳中和目标下的深度污染治理。

参考文献：（此处可根据实际需要添加相关文献）