均相催化劑混溶于廢水中，易流失，且難以回收再生利用；非均相催化劑成為該類催化劑研究的重點。國內外以金屬氧化物如氧化鎳、氧化錳、氧化釩等為催化劑對高濃度有機廢水進行了氧化處理研究，取得了較好的效果；但存在金屬氧化物難以回收、流失量大等問題；而負載型或共混催化劑則克服了這一問題。負載型催化劑使催化劑的活性組分高度分散，強化了傳質過程；同時載體對有機污染物具有一定的吸附和催化作用，載體與催化劑良好的協同作用大大提高了催化氧化的效果。
工程應用實例徐錫彪等以ClO2為氧化劑，在自制催化劑作用下對染料廢水進行降解處理，在pH7、反應時間20min、ClO2投量50～75g／t廢水的條件下，COD去除率70％，色度去除率95％，后經生化處理達標。該技術已在浙江省嘉興市步云染料廠污水處理工程投入應用。該廠污水主要成分為弱酸性染料及醫藥中間體，廢水量120m3／d，廢水在經過微電解中和曝氣預處理，壓濾后進入催化氧化塔；廢水經催化氧化處理后COD去除率可達70％～80％，并使BOD5／COD值由0.104提高到0.388，可生化性大大提高。廢水再經生物接觸氧化后二沉排放，污泥全部回流。
含有芳烴及其衍生物的有機工業廢水的處理有機工業廢水濃度高、毒性強，常含有如硝基苯類、苯胺類、酚類等各種不同生物毒害性物質，其BOD5／COD很低，可生化性差，給環保治理工作帶來了一定的難度。國外從20世紀60年代開始研究高濃度有毒、有害化工廢水治理工藝，已應用于生產的主要有濕式氧化法、膜分離法、吸附法和焚燒法等，但由于處理費用較高，限制了其在國內的推廣和應用。而常溫常壓的多相催化氧化法對有機物降解效率高，且反應條件溫和，近年來成為難降解高濃度有機廢水處理工藝研究中的熱點。
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