催化燃燒去除VOCs污染物的最新進(jìn)展

宋偉才

摘 要：目前能夠有效處理VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）的技術(shù)是催化燃燒，本篇文章主要從催化劑載體、催化劑活性組分、水蒸汽的影響、有效組分顆粒大小和催化燃燒反應(yīng)中的積碳等內(nèi)容，總結(jié)了近些年催化燃燒去除VOCs的最新進(jìn)展。根據(jù)分析可得，雙組分貴金屬催化劑和選擇有效的載體是貴金屬催化劑研究主要研究的重點(diǎn)；而非金屬催化劑的研究就主要集中在鈣鈦礦、過(guò)渡技術(shù)復(fù)合氧化物及尖晶石型等催化劑的研制，另外還有載體對(duì)催化燃燒VOCs反應(yīng)活性的影響及這些活性組分粒徑大??；除此之外，催化燃燒VOCs的反應(yīng)還會(huì)受到催化劑積碳識(shí)貨和水蒸汽等問(wèn)題的影響。希望通過(guò)本文的研究分析，可以為相關(guān)的從業(yè)人員提供一定參考借鑒。

關(guān)鍵詞：催化燃燒；揮發(fā)性有機(jī)化合物；進(jìn)展

引言：VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）指的是在常壓下沸點(diǎn)低于260℃，常溫下飽和蒸汽壓高于70Pa的有機(jī)化合物，如芳香烴、烯烴、醇類等，我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常見(jiàn)的有裝修材料、建筑材料、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、廚房油煙等排放源；而在工業(yè)主要有石化工業(yè)和化工兩種排放源，油漆、涂料和印刷工業(yè)的生產(chǎn)和使用。VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）大部分都是有氣味、有毒，甚至部分的還有致癌的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人類的健康會(huì)產(chǎn)生巨大的威脅。近些年來(lái)，VOCs已經(jīng)成為我國(guó)污染源的主要組成，相關(guān)的危害事故也在不斷出現(xiàn)，目前研究VOCs凈化處理技術(shù)已經(jīng)是社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。

一、催化燃燒催化劑活性組分

一般情況下，工業(yè)上的催化劑都是由助劑、活性成分和載體等組成，其中活性組分和它的顆粒大小、分布、催化劑載體對(duì)催化的壽命和效果具有比較大的影響。貴金屬和非貴金屬是用于催化燃燒VOCs的催化劑的兩個(gè)活性成分，其中貴金屬主要是應(yīng)用于低溫催化燃燒，其優(yōu)點(diǎn)是良好的抗硫性、較高的活性，缺點(diǎn)是價(jià)格比較高、資源短缺、活性組分容易燒結(jié)和揮發(fā)，容易引起氯中毒；非貴金屬氧化物催化劑則包括了尖晶石型、鈣鈦礦型以及符合氧化物催化劑等，相比較貴金屬來(lái)說(shuō)，價(jià)格比較低，催化性能也相對(duì)比較好。比如，尖晶石型催化劑的低溫活性較為良好；鈣鈦礦型催化劑具有較好的高溫?zé)岱€(wěn)定性；但是尖晶石型的不足在于催化劑活動(dòng)比較低，需要比較高的溫度來(lái)起燃。

二、水蒸汽對(duì)催化燃燒反應(yīng)的影響

通常情況下，在催化燃燒反應(yīng)中水蒸汽具有特殊的影響。首先，催化燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物就是水蒸汽；其次，大多數(shù)的工業(yè)尾氣中都含有水蒸汽。所以，在實(shí)際的工藝上，在VOCs廢氣處理的過(guò)程中水蒸汽的確有著不可忽視的影響，一般水蒸汽對(duì)催化劑活性的影響主要有：使活性成分減少，對(duì)于去掉產(chǎn)生的氯氣有良好的效果，減少催化劑表面的VOCs吸附位。需要注意的是，水蒸汽對(duì)于不同的催化劑產(chǎn)生影響也會(huì)不同。

在CuO/γ-Al2O3 等一些含銅的催化劑上催化燃燒甲苯的過(guò)程中，因?yàn)榧妆脚c水蒸汽會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致自身活性的降低，而在去掉水蒸汽之后就會(huì)正常，可以看出這種影響是可逆的。而在通入較多的水蒸汽后，會(huì)降低ZrO2等催化燃燒三氯乙烯和二氯乙烷的活性，但是對(duì)于氧化鈰的催化燃燒影響性對(duì)比較?。灰部梢哉J(rèn)為Ce/Zr復(fù)合氧化物的表面酸性和氧化還原性影響其吸附水量，對(duì)于催化燃燒氯代烴的活性有著一定的影響。但是對(duì)于抑制氯代副產(chǎn)物的產(chǎn)生可以通過(guò)水的引入可以解決，致使更多的氯化氫和二氧化碳利用氯代烴深度氧化獲得。由此可見(jiàn)，關(guān)于減低水蒸汽的影響是目前重點(diǎn)的研究對(duì)象，在VOCs催化燃燒的時(shí)候，特別是在溫度相對(duì)比較低的催化燃燒條件下，水蒸汽所產(chǎn)生的作用是一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的現(xiàn)象。因此，VOCs催化燃燒處理設(shè)計(jì)在工業(yè)應(yīng)用中應(yīng)該重視水蒸汽對(duì)此的影響。

三、催化燃燒中的積碳問(wèn)題以及反應(yīng)條件的影響

在VOCs催化燃燒的過(guò)程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的含硫、碳、氯的副產(chǎn)物，會(huì)與催化劑活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者在催化劑表面堆積，導(dǎo)致催化劑中毒失活。而面對(duì)這種情況，一般可以采用選擇合適的催化劑載體，改變催化劑活性成分等方式來(lái)提高抗毒性。

催化劑活性下降的重要因素是催化劑表面堆積大量的碳物質(zhì)，也就是我們所說(shuō)的積碳，積碳的生成原因還有在相同催化劑載體上負(fù)載不同的活性成分。根據(jù)相關(guān)的研究，不同的Cu含量的CuNaHY分子篩催化劑在一百五十?dāng)z氏度和五百攝氏度處理甲苯后，發(fā)現(xiàn)分析篩孔內(nèi)沉積的焦炭組成為含氧的芳香碳?xì)浠衔锖头枷阈蕴細(xì)浠衔铩r浸漬膨潤(rùn)土的催化劑具有良好的二甲苯和氯苯的催化燃燒活性，但是在六百攝氏度的反應(yīng)下，表面會(huì)呈現(xiàn)黑顏色，依據(jù)進(jìn)一步的TGA（熱重分析），Cr浸漬膨潤(rùn)土催化劑表面有堆積大量的碳物質(zhì)，因而解釋失活機(jī)理是因?yàn)镃r和積碳反應(yīng)而生成的揮發(fā)性的CrO2Cl2。在相關(guān)的報(bào)道中，關(guān)于有效降低積碳的生產(chǎn)可以利用選擇合適的催化劑載體來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，導(dǎo)致催化劑活性下降的原因包括了處理含硫的VOCs中所產(chǎn)生的含硫沉積物。同時(shí)，在實(shí)際工藝上，對(duì)催化燃燒反應(yīng)比較大的是反應(yīng)條件，所以需要重視和加以考慮，根據(jù)Li等制備了一系列催化劑，其中反應(yīng)的溫度大概為三百二十?dāng)z氏度的時(shí)候，甲苯轉(zhuǎn)化率為百分之九十五點(diǎn)四，并且該催化劑的熱穩(wěn)定性相對(duì)比較高。與此同時(shí)，他們也對(duì)焙燒溫度以及反應(yīng)溫度、進(jìn)料濃度和空速等操作條件甲苯催化燃燒活性的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，催化活性受焙燒溫度的影響比較大，在八百攝氏度下焙燒厚，其活性會(huì)急劇下降，另外操作條件也會(huì)對(duì)其有比較明顯的影響。

結(jié)束語(yǔ)：總而言之，隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，VOCs所引起的環(huán)境問(wèn)題和健康問(wèn)題受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注，所以對(duì)VOCs的凈化處理技術(shù)研究是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。因而，催化燃燒技術(shù)作為目前去除VOCs的有效措施，具有十分良好的應(yīng)用前景，由于催化燃燒機(jī)技術(shù)涉及的內(nèi)容較多，在研究中還是需要結(jié)合反應(yīng)機(jī)理和實(shí)際應(yīng)用的工藝條件開(kāi)展，促使相關(guān)工藝的完善和具有高穩(wěn)定性、高活性以及抗中毒性的催化材料。

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（作者單位：廣東昊霖環(huán)?？萍加邢薰荆?/p>