金屬基體整體式催化劑的制備及在VOCs催化燃燒中的應(yīng)用研究進(jìn)展

李 宇，李永峰，吳青青，劉祖超，余 林，余 倩

（廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東 廣州 510006）

進(jìn)展與述評

金屬基體整體式催化劑的制備及在VOCs催化燃燒中的應(yīng)用研究進(jìn)展

李 宇，李永峰，吳青青，劉祖超，余 林，余 倩

（廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東 廣州 510006）

催化燃燒是對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）高效率、低污染的處理技術(shù)。以金屬為基體制備的整體式催化劑因壓降低、催化效率高、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定好等優(yōu)點是催化燃燒VOCs的研究熱點。本文從金屬基體結(jié)構(gòu)選擇、表面預(yù)處理、涂層制備和催化燃燒 VOCs幾個方面，對近年來金屬基體整體式催化劑的研究進(jìn)行了述評。由此指出，制備高性能的過渡涂層以及采用多組分摻雜貴金屬、過渡金屬復(fù)合氧化物、鈣鈦礦型氧化物、尖晶石型氧化物等非貴金屬作為整體式催化劑活性組分是以后的研究重點。

催化燃燒；金屬基體；整體式催化劑；揮發(fā)性有機(jī)物

Abstract：Catalytic combustion of volatile organic compounds（VOCs）is a highly efficient and low pollution technique. Metallic monolithic catalyst was used for eliminating VOCs because of its low pressure drop，high activity，good mechanical strength and high thermal stability. The recent developments in metallic monolithic catalyst with regard to selection of metallic substrate structure，

pretreatment of metallic surface，preparation of coating and catalytic combustion of VOCs are reviewed. More efforts should be devoted not only to the preparation of high performance transition coating，but also to the use of multi-component doped precious metals and non-precious metals，such as transition metal oxide，perovskite oxide or spinel oxide as active components on the monolithic catalysts.

Key words：catalytic combustion；metallic substrate；monolithic catalyst；volatile organic compounds（VOCs）

揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）是指在常溫下飽和蒸汽壓大于70 Pa、常壓下沸點在260 ℃以下的有機(jī)化合物，包括烷烴、芳香烴、烯烴、醇類、醛類、酮類、鹵代烴等[1]。大多數(shù)的VOCs有毒，有氣味，一些VOCs還有致癌性，對人體健康產(chǎn)生極大的危害；另一方面，VOCs也是環(huán)境的主要污染物之一。在陽光作用下 VOCs會與大氣中的氮氧化合物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成毒性更大的光化學(xué)煙霧[1]。目前，處理VOCs的方法主要有吸附[2]、膜分離[3]、冷凝[4]和催化燃燒[5]等。其中，催化燃燒法因具有起燃溫度低、能耗少、處理效率高、無二次污染等顯著優(yōu)點成為目前最有前景的VOCs處理方法。國內(nèi)外研究者對催化燃燒催化劑進(jìn)行了大量研究，相關(guān)問題是近年來環(huán)境催化領(lǐng)域的一個熱點問題。

近年來金屬基體因具有優(yōu)良的物理和力學(xué)性能受到廣泛關(guān)注，國內(nèi)外很多學(xué)者開始致力于對金屬基體整體式催化劑催化燃燒 VOCs的研究[6-10]。但關(guān)于其研究進(jìn)展鮮有報道，本文將著重針對金屬基體整體式催化劑從基體結(jié)構(gòu)類型選擇、表面預(yù)處理、涂層制備和催化燃燒VOCs幾方面的最新進(jìn)展進(jìn)行述評。

1 整體式催化劑基體的選擇

自1949年Houdry發(fā)明整體式陶瓷基體以來，整體式催化劑的研究得到了廣泛的關(guān)注[11]。整體式催化劑的基體按材質(zhì)的不同可分為陶瓷基體和金屬基體。以陶瓷為基體的整體式催化燃燒催化劑在應(yīng)用中存在一些問題。部分是陶瓷本身引起的，如陶瓷易碎，導(dǎo)熱性差；另外是陶瓷蜂窩基體的制造技術(shù)引起的。目前蜂窩陶瓷基體的成型有兩種方法，即波紋板式加工法和擠壓成型法。受制造工藝技術(shù)的限制，孔道一般都是平行的，不可滲透，這嚴(yán)重影響了徑向混合、傳質(zhì)傳熱。表1列出了整體式金屬基體與陶瓷基體物理性質(zhì)和幾何性質(zhì)[12]。

由表1可以看出，金屬基體與陶瓷基體相比，具有以下優(yōu)點：①金屬的可加工性強(qiáng)，基體壁可以加工得比陶瓷更??；②金屬基體具有更大的幾何表面積；③金屬基體具有良好的熱傳導(dǎo)性和較低的熱容；④金屬基體的抗震性好、不易脆裂，比陶瓷基體有更好的適用性和使用壽命。

通過比較，金屬基體明顯比陶瓷基體具有更好的物理和力學(xué)性能，比陶瓷基體更適合做催化燃燒催化劑基體。

表1 金屬和陶瓷基體標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的比較

2 金屬基體整體式催化劑的制備

金屬基體整體式催化劑的制備主要包括金屬基體結(jié)構(gòu)類型的選擇、金屬基體表面預(yù)處理、過渡涂層的涂覆和活性組分的負(fù)載等，現(xiàn)分述如下。

2.1 金屬基體結(jié)構(gòu)類型選擇

為了提高催化效果，在催化劑基體結(jié)構(gòu)方面，研究者做出了一些努力，目前，金屬基整體式催化劑基體的結(jié)構(gòu)類型有：蜂窩狀，絲網(wǎng)狀和泡沫狀。如圖1所示。

圖1 不同結(jié)構(gòu)類型的整體式催化劑基體

蜂窩狀的金屬基體是目前金屬基體整體式催化劑采用最廣泛的基體結(jié)構(gòu)類型，由眾多相互平行、規(guī)則直通的孔道組成，具有加工成型方便、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點。但流體在經(jīng)過此類催化劑時以層流為主，孔道中流體的速率、濃度和溫度的特征曲線呈拋物線型，傳質(zhì)機(jī)理以分子擴(kuò)散作用為主，因而傳質(zhì)系數(shù)低；另一方面，直通的孔道結(jié)構(gòu)阻止了流體的徑向混合，也大大限制了傳質(zhì)效率。為了克服這些不足，Kolodziej等[13]提出短程孔道結(jié)構(gòu)的整體式催化燃燒催化劑。將整段催化劑切分為幾段取而代之，如圖2所示，這樣可以明顯提高傳質(zhì)和傳熱效率。Kolodziej等[14]制備了不同單元幾何形狀的短程整體式催化劑，通過和傳統(tǒng)的直通孔道整體式催化劑比較。結(jié)果表明，短程結(jié)構(gòu)催化劑相比傳統(tǒng)催化劑的傳質(zhì)系數(shù)提高了15倍，容量系數(shù)提高了90倍。Wang等[15]以鋁為基體材料制備了短程且孔道相互交錯的整體式催化劑，通過和傳統(tǒng)單一且相互平行孔道的整體式催化劑相比較，結(jié)果表明，短程孔道催化劑比傳統(tǒng)單一孔道整體催化劑催化活性有明顯的提高。

圖2 新型短程孔道催化劑

Jiang等[16]以金屬絲網(wǎng)代替金屬片制備了金屬絲網(wǎng)蜂窩基體，此類基體改正了傳統(tǒng)直通孔道不能徑向混合的缺點，提高了傳質(zhì)效率。如果制備出短程金屬絲網(wǎng)蜂窩整體式催化劑，將能更好地發(fā)揮催化劑的催化活性。此類基體結(jié)構(gòu)將會有非常高的實用價值。

泡沫金屬是近年來新興的整體式催化燃燒催化劑基體，國外有許多文獻(xiàn)對此進(jìn)行了報道[17-19]。國內(nèi)采用這種結(jié)構(gòu)類型基體用作催化燃燒催化劑基體的研究鮮有報道。目前泡沫金屬多以鋁和含鋁的鎳鎘合金由剛性骨架和內(nèi)部的孔洞組成，具有三維相互連通的海綿結(jié)構(gòu)[20]。泡沫金屬基體具有傳統(tǒng)蜂窩金屬基體無法比擬的優(yōu)點：基體密度小，比表面積大，傳質(zhì)傳熱效率高，其獨(dú)特的三維非規(guī)整孔道能明顯促進(jìn)流體和催化劑活性組分的有效接觸。

金屬整體式催化劑的基體結(jié)構(gòu)選擇對催化劑的催化活性有著重要的影響。直通孔道金屬基體的最大缺點是流體在經(jīng)催化劑時以層流為主，在孔道中不能徑向混合，傳質(zhì)受到了很大影響。短程孔道的金屬蜂窩、金屬絲網(wǎng)和金屬泡沫基體很好地解決了傳統(tǒng)直通孔道金屬整體式基體的傳質(zhì)缺陷。此類金屬基體必定會有非常廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 金屬基體表面預(yù)處理

盡管金屬基體的優(yōu)勢明顯，但仍存在諸多關(guān)鍵性難題制約其作為催化燃燒催化劑基體的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，如金屬基體表面光滑、比表面積小、活性組分不易負(fù)載、存在基體與涂層結(jié)合力較差等缺陷，尤其是涂層在使用過程中易開裂、剝落，直接影響催化劑的壽命。所以金屬基體必須先進(jìn)行預(yù)處理以利于過渡涂層和活性組分的牢固負(fù)載[21]。

早期，人們對金屬基體的預(yù)處理主要是機(jī)械打磨和化學(xué)處理[22-23]。近年來，一些更有效的方法被應(yīng)用于金屬基體表面預(yù)處理。如高溫氧化法、酸堿腐蝕法和陽極氧化法。

2.2.1 高溫氧化法

圖3 氧化鋁晶須SEM圖

高溫氧化法是一種金屬基體表面預(yù)處理的成熟工藝，多被應(yīng)用于 FeCrAl基體材料。Ferrandon等[24]通過高溫氧化，使FeCrAl箔片中的Al擴(kuò)散到表面并氧化成尺寸為1～2 μm的α-Al2O3晶須，見圖 3，這層氧化鋁的錨接作用使得后續(xù)過渡涂層和活性組分更容易負(fù)載，保證了其分散度及與基體結(jié)合的牢固度。此外，高溫氧化形成的氧化鋁膜覆蓋了金屬基體的整個表面，因此一定程度上也提高了基體的抗氧化性。

朱小勇等[25]采用高溫氧化法對 FeCrAl金屬基體進(jìn)行預(yù)處理，使用AlOOH膠浸漬制備活性涂層，討論了不同焙燒溫度和時間對涂層性能的影響。結(jié)果表明，950 ℃條件下10 h氧化處理后的金屬基體制備的涂層附著力最好。

但是，由于高溫氧化法是在 FeCrAl金屬基體表面生成氧化鋁晶須，只適合于富含 Al的金屬基體，普通的金屬基體不能采用這種工藝，因而限制了其工業(yè)化應(yīng)用的范圍。

2.2.2 酸堿腐蝕法

酸堿腐蝕法是廣泛應(yīng)用于金屬基體的預(yù)處理方法，使用的溶液主要有 HCl、HNO3、H2SO4和NaOH等。酸堿腐蝕主要的作用有兩個：①除去金屬基體在加工過程中黏附的油污和表面的氧化膜；②通過輕微腐蝕在金屬基體表面形成均勻的孔洞，提高表面粗糙度，增加比表面積。

Valentini等[26]先將鋁板浸入鹽酸溶液中，腐蝕鋁板表面，提高表面粗糙度，再將基體浸入硝酸溶液中，將其氧化形成氧化鋁層。Li等[27]采用氫氟酸和硝酸的混合液對 FeCrAl表面進(jìn)行刻蝕，結(jié)果表明，該混合酸能有效去除 FeCrAl基體表面的氧化層，同時表層形成大小不一的微孔，增加了基體的比表面積。

在實際應(yīng)用中，酸堿腐蝕法經(jīng)常協(xié)同其它預(yù)處理方法對金屬基體進(jìn)行處理。如劉炬等[28]在對含鋁不銹鋼金屬基體的預(yù)處理中，首先用酸堿清洗基體表面，然后用高溫氧化法處理金屬基體，使其表面形成氧化鋁過渡層。

2.2.3 陽極氧化法

陽極氧化法主要應(yīng)用于含鋁、鈦的金屬基體，其目的是在金屬表面獲得一層多孔的氧化鋁或氧化鈦層[29-31]。需要表面處理的金屬基體作為陽極，加入直流電壓時，基體表面上存在氧化層形成和基體溶解的競爭過程，從而生成多孔層。圖4為經(jīng)陽極氧化前后金屬基體表面形貌的變化[32]。從圖4中可以看出，未經(jīng)陽極氧化的鋁板表面光滑，陽極氧化后，鋁板表面明顯變得粗糙多孔。

圖4 陽極氧化前后基體表面形貌

陽極氧化膜具有十分獨(dú)特的優(yōu)點。首先，它的孔形規(guī)整，呈圓筒狀貫穿膜厚?？讖酱笮【?、分布均勻；其次，它屬于多孔的無機(jī)薄膜，具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和較高的機(jī)械強(qiáng)度。利用鋁合金基體的優(yōu)良導(dǎo)熱性及表面陽極氧化膜微孔極大的比表面積，可以制備出既具有高導(dǎo)熱性又具有良好催化特性的薄膜，此薄膜可以直接用來負(fù)載活性組分。陳敏等[33]采用陽極氧化法在不銹鋼絲網(wǎng)上自生長了一層結(jié)構(gòu)致密的陽極氧化膜，并以此為基體，制備了負(fù)載型Ce-Pt-Pd催化劑。結(jié)果表明，該催化劑具有較高的催化燃燒有機(jī)化合物活性和穩(wěn)定性。Sanz等[34]通過陽極氧化法在泡沫鋁上制備了一層很薄的氧化鋁膜，通過浸漬法直接負(fù)載活性組分Pt，結(jié)果表明，該催化劑穩(wěn)定，具有優(yōu)良的催化活性。Martinez等[35]采用陽極氧化法在整體式催化劑基體上制備了一層氧化鋁膜，并研究了沉積時間、溫度、電流密度和電解質(zhì)濃度對氧化鋁膜形態(tài)的影響，并以溶膠法直接負(fù)載活性組分Au-CeO2。結(jié)果表明，生成的溝壑狀氧化鋁膜十分有利于負(fù)載活性組分。

陽極氧化法是對金屬基體預(yù)處理最常采用的方法。生成的陽極氧化膜具有優(yōu)良的性能，可以直接用來負(fù)載活性組分，而且此方法所需設(shè)備簡易、操作簡單。另外可以通過改變電解質(zhì)濃度、操作溫度、電解質(zhì)種類和電流強(qiáng)度來調(diào)變陽極氧化膜的表面形貌。

2.3 整體式催化劑的制備方法

一般采用浸漬法在金屬基體上負(fù)載貴金屬或過渡金屬氧化物等活性組分制備整體式燃燒催化劑，但由于金屬基體與活性組分導(dǎo)熱系數(shù)差別較大、比表面積小，活性組分不易均勻負(fù)載，而且易脫落，所以需要在金屬基體上預(yù)先制備過渡涂層。金屬基體表面涂層的制備方法主要有溶膠-凝膠法、等離子體濺射法和電泳沉積法。

2.3.1 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是一種簡單的制備涂層的方法。這種方法利用易水解的金屬醇鹽或無機(jī)鹽，在某種溶劑中與水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過水解縮聚反應(yīng)形成溶膠，將溶膠涂覆在金屬表面，再經(jīng)干燥、熱處理后形成涂層。Ferrandon等[24]采用高溫預(yù)處理法在金屬基體表面形成氧化鋁晶須，然后浸漬氧化鋁與催化劑的漿料，制備金屬基體催化劑。Truyen等[36]以Al(OC4H9)3為原料制備鋁溶膠，然后采用提拉法在金屬載體表面涂覆氧化鋁涂層。結(jié)果表明，溶膠的流變性質(zhì)對涂層的均勻性有著重要的影響。

但該種方法制備的過渡涂層黏附的牢固度較差，容易脫落。

2.3.2 等離子體噴涂法

等離子體噴涂法是一種新興的在金屬基體表面制備涂層的技術(shù)。工作原理為：固體顆粒被注入等離子體反應(yīng)腔內(nèi)，快速被加熱融化、蒸發(fā)，隨高速運(yùn)動的等離子體流一起運(yùn)動到基體表面并在極短的時間內(nèi)固化。由于等離子射流高溫區(qū)的溫度可以達(dá)到10000 K以上，能融化所有的固體物質(zhì)，因此只要具有物理熔點的材料，都可以通過等離子噴涂形成涂層。

吳曉東等[37]采用等離子噴涂技術(shù)在 FeCrAl基體表面制備了 NiCrAl/ZrO2混合涂層作為過渡層。結(jié)果表明，形成粗糙多孔的過渡層提高了氧化鋁分散層與金屬基體的黏結(jié)力，緩解了界面處的熱應(yīng)力。Pranevicius等[38]以Al和Al(OH)3混合物為原料，采用等離子濺射法在不銹鋼板表面制備Al2O3涂層。結(jié)果表明，形成的氧化鋁涂層附著力強(qiáng)。

采用等離子噴涂技術(shù)在金屬上制備涂層簡單易得，但等離子噴涂只適用于金屬板、箔。不適合在金屬絲網(wǎng)或其它復(fù)雜形狀載體進(jìn)行噴涂，另外，采用等離子體濺射法制備的涂層比較致密，比表面積較小。

2.3.3 電泳沉積法

電泳沉積法是近年來對金屬基體制備涂層應(yīng)用最廣泛的方法。其是在外加電場下，帶電粒子的電遷移現(xiàn)象，在一定的直流電壓下，使粒子在電極上聚集，形成均勻的薄膜[39]。通常電泳沉積需要后續(xù)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，從而使沉積層致密固化。電泳沉積法操作簡單、廉價，具備其它方法制備過渡涂層無可比擬的優(yōu)點[40-42]：①電沉積技術(shù)適用于制備不同膜厚的涂層（100 nm～1 mm）；②電泳沉積技術(shù)是一種溫和的表面涂覆方法，可避免高溫過程引起的相變和脆裂，有利于增強(qiáng)基體與涂層之間的結(jié)合力；③采用電泳沉積法可以將多種不同的涂層材料在形狀復(fù)雜的金屬基體表面制備出均勻的過渡涂層；④電泳沉積具有所需設(shè)備簡單，沉積工藝易控制等優(yōu)勢。

Yang等[42]采用電泳沉積法在金屬絲網(wǎng)上制得100～120 μm的Al/Al2O3涂層，隨后又以鈦合金絲網(wǎng)為基體材料制備了 Ti/TiO2涂層[43]。結(jié)果表明，通過調(diào)變參數(shù)，如添加劑濃度、電壓和時間可以控制涂層的厚度，經(jīng)過高溫處理后，該涂層與基體結(jié)合力強(qiáng)，不易脫落。Sun等[44]以γ- Al2O3粉末為沉積材料，采用電泳沉積法制備了氧化鋁涂層。結(jié)果表明，加入適量的異丙醇鋁可以提高涂層的抗熱沖擊性能，加入鋁粉和適當(dāng)提高焙燒溫度可以增加涂層與基體的結(jié)合力。

作者課題組嘗試了采用化學(xué)鍍法直接在金屬基體上負(fù)載貴金屬制備了整體式催化劑，這種方法無需涂覆過渡涂層，簡化了金屬基體整體式催化劑的制備工藝?；瘜W(xué)鍍是通過鍍液中的還原劑使金屬離子在金屬表面的自催化作用下還原進(jìn)行的金屬沉積過程，也叫自催化鍍、無電解電鍍?；瘜W(xué)鍍過程實質(zhì)是化學(xué)氧化還原反應(yīng)，是一種有電子轉(zhuǎn)移、無外電源的化學(xué)沉積過程[45]，化學(xué)鍍可用于各種基體，包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體及非金屬。對于能自動催化的化學(xué)鍍而言，可獲得任意厚度的鍍層，所得鍍層致密、硬度高。余林等[46]以 FeCrAl為基體，經(jīng)HF-HNO3混合酸處理、活化后，直接采用化學(xué)鍍法負(fù)載活性組分Pd，制備了Pd/FeCrAl催化劑。結(jié)果表明，Pd/FeCrAl催化劑的活性組分鈀分布均勻，與金屬基體結(jié)合力牢固，且對甲苯有很好的催化燃燒活性。

3 金屬基體整體式催化劑催化燃燒VOCs

用于VOCs催化燃燒凈化處理的金屬基體整體式催化劑按活性組分的不同可以分為兩大類：貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。

3.1 貴金屬整體式催化燃燒催化劑

催化燃燒常見的貴金屬催化劑是負(fù)載型的Pd、Pt催化劑。表2列出了一些代表性的負(fù)載型貴金屬催化劑的最新研究結(jié)果。

宋萃等[47]采用陽極氧化工藝處理后的不銹鋼絲網(wǎng)作為催化劑基體，制備了 Pd-Y/不銹鋼絲網(wǎng)催化劑?？疾炝嗽摯呋瘎妆?、丙酮和乙酸乙酯的催化燃燒性能。結(jié)果表明該催化劑中稀土Y的添加使貴金屬 Pd與基體結(jié)合得更緊密，穩(wěn)定性提高，Pd-Y/不銹鋼絲網(wǎng)催化劑具有良好的催化活性和使用壽命。陳敏等[48]通過陽極氧化技術(shù)制備了一種新型的 0.75%Ce-0.5%Pd/不銹鋼絲網(wǎng)催化劑。結(jié)果表明氧化鈰的引入使不銹鋼絲網(wǎng)載體表面的多孔氧化膜形成了獨(dú)特的海綿狀蜂窩結(jié)構(gòu)，有利于活性組分Pd的分散錨定，此催化劑對甲苯、丙酮和乙酸乙酯的完全轉(zhuǎn)化溫度分別為200 ℃、240 ℃和260 ℃。Sanz等[49]制備了Pt/ZSM5/泡沫鋁催化劑，結(jié)果表明該催化劑對甲苯有很好的催化活性。馬瑩等[50]制備了0.1%Pt-0.5%Pd/不銹鋼絲網(wǎng)催化劑，結(jié)果表明經(jīng)陽極氧化工藝處理過的不銹鋼金屬絲網(wǎng)載體表面形成了一層溝壑形態(tài)的復(fù)合氧化膜，此氧化膜有利于活性組分Pd、Pt的分散，該催化劑具有較高的催化活性和熱穩(wěn)定性。Musialik-Piotrowska[51]制備了Pt-Pd/γ-Al2O3/鎳鋁合金催化劑，發(fā)現(xiàn)三氯乙烯和三氯甲烷在分別混合其它VOCs如甲苯、丙酮和乙醇時，可以降低其50%轉(zhuǎn)化溫度。Li等[27]采用化學(xué)鍍法制備了Pd/FeCrAl催化劑。結(jié)果表明Pd在金屬基體表面分布均勻且附著力好，甲苯的完全催化燃燒溫度為207 ℃，在穩(wěn)定性測試中，該催化劑在210℃的反應(yīng)條件下連續(xù)運(yùn)行50 h，對甲苯的轉(zhuǎn)化率都保持在99%以上。

表2 用于催化燃燒VOCs的貴金屬催化劑

3.2 非貴金屬整體式燃燒催化劑

非貴金屬催化劑主要集中在對過渡金屬復(fù)合氧化物和鈣鈦礦型催化劑的研究，但以金屬為基體負(fù)載非貴金屬作為活性組分的研究較少。

王偉等[52]制備了 Ce1-xNixO2/Al2O3/FeCrAl、CeO2/Al2O3/FeCrAl、NiO/Al2O3/FeCrAl金屬基整體式催化劑，NiO/ Al2O3/FeCrAl催化劑具有高的甲烷催化燃燒處活性，Ce1-xNixO2/Al2O3/FeCrAl催化劑具有好的高溫穩(wěn)定性，但NiO/ Al2O3/FeCrAl催化劑和 CeO2/Al2O3/FeCrAl催化劑的高溫穩(wěn)定性較差。盧晗鋒等[53]以不銹鋼 316L 絲網(wǎng)為基體制備了La0.8Sr0.2MnO3/不銹鋼絲網(wǎng)催化劑，通過甲苯催化燃燒測試表明，金屬絲網(wǎng)、蜂窩陶瓷型和顆粒型La0.8Sr0.2MnO3催化劑表現(xiàn)出相似的催化性能，但金屬絲網(wǎng)具有更好的傳質(zhì)效果和熱響應(yīng)速率。

貴金屬是低溫催化燃燒催化劑常用的活性組分，其優(yōu)點是具有較高的催化活性、良好的抗硫性，缺點是活性組分容易揮發(fā)燒結(jié)，容易引起氯中毒、價格昂貴，資源緊缺；非貴金屬催化劑價格相對較低，也表現(xiàn)出較好的催化性能。如鈣鈦礦型催化劑高溫?zé)岱€(wěn)定性好，但不足之處在于催化活性較貴金屬相對降低，起燃溫度較高。目前，金屬基體整體式催化劑的活性組分研究主要集中在貴金屬，非貴金屬研究的較少。

4 結(jié) 語

金屬基體整體式催化劑因壓降低、導(dǎo)熱性能好、催化效率高、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定好等優(yōu)點成為催化燃燒VOCs的研究熱點。盡管對金屬基體整體式催化劑的表面預(yù)處理、過渡涂層制備有大量研究，但在金屬基體上制備高性能的過渡涂層以利于活性組分的牢固負(fù)載仍是以后研究的重點。另外，目前對單組分貴金屬整體式催化劑研究相對較多，非貴金屬整體式催化劑較少，因此采用多組分摻雜貴金屬，含錳、銅和/或鈰的過渡金屬復(fù)合氧化物，鈣鈦礦型氧化物，尖晶石型氧化物等為活性組分制備金屬基體整體式催化劑，以便更有效地提高貴金屬催化劑的穩(wěn)定性和抗中毒性以及增強(qiáng)過渡金屬催化劑的低溫催化活性，也將是以后的研究重點。

總之，近年來VOCs對環(huán)境和人類健康的危害已經(jīng)越來越嚴(yán)重，引起了人們廣泛的關(guān)注，對VOCs的凈化處理已經(jīng)迫在眉睫。金屬基體整體式催化劑必定會有非常廣闊的應(yīng)用前景。

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Preparation of monolithic catalyst with metallic substrate and application in catalytic combustion of VOCs

LI Yu，LI Yongfeng，WU Qingqing，LIU Zuchao，YU Lin，YU Qian（Faculty of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，Guangdong，China）

TQ 426

A

1000–6613（2011）04–0759–07

2010-10-11；修改稿日期：2010-10-28。

廣州市科技計劃（2010Z1-E061）及廣東省自然科學(xué)基金（10251009001000003）項目。

李宇（1987—），男，碩士研究生。聯(lián)系人：李永峰，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事工業(yè)催化方面的研究。E-mail gdliyf@163.com。