基于工業(yè)化應(yīng)用視角的低濃度甲烷催化燃燒催化劑研究進(jìn)展

徐 鑫，李 志，齊 健，嚴(yán) 媛，楊鵬飛，黃 嵐

(1.應(yīng)急管理部信息研究院，北京 100029；2.中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所 生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源,2022年我國(guó)原煤產(chǎn)量達(dá)到4.56 Gt,同比增長(zhǎng)10.5%,有力保證了我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行。煤層氣(煤礦瓦斯)是煤礦開(kāi)采過(guò)程中的重要伴生氣,與煤炭產(chǎn)量呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。它既是一種熱值與常規(guī)天然氣相當(dāng)?shù)膶氋F清潔能源,也是溫室效應(yīng)很強(qiáng)的溫室氣體。其主要成分甲烷在百年尺度下的全球增溫潛勢(shì)約為CO2的28倍,目前已成為全球排放量最大的非CO2溫室氣體,約占全球溫室氣體排放的16%,同時(shí)還是具有爆炸危險(xiǎn),爆炸極限范圍很寬(常溫常壓下爆炸體積分?jǐn)?shù)在5%～16%)的煤礦井下“第一殺手”。

2015年通過(guò)的《巴黎協(xié)定》提出,到21世紀(jì)末把全球溫升控制在比工業(yè)革命前水平高1.5 ℃的愿景目標(biāo),要求各國(guó)在減排CO2的同時(shí)必須減少甲烷等非CO2溫室氣體的排放量。我國(guó)“雙碳”目標(biāo)提出之后,政府也加快了對(duì)甲烷排放控制的部署,加強(qiáng)甲烷的排放控制被寫(xiě)入“十四五”規(guī)劃。2023年11月7日,生態(tài)環(huán)境部等11部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《甲烷排放控制行動(dòng)方案》,首次明確了到2030年我國(guó)重點(diǎn)領(lǐng)域甲烷排放控制目標(biāo),全面提出了推進(jìn)能源領(lǐng)域甲烷排放控制等八項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)。煤礦甲烷作為我國(guó)能源活動(dòng)中最大的甲烷排放源,加強(qiáng)其排放控制勢(shì)在必行。

由于受到現(xiàn)有開(kāi)發(fā)利用技術(shù)和煤礦安全要求的約束,低濃度瓦斯尤其是體積分?jǐn)?shù)低至0.5%以下的礦井乏風(fēng),因其流量大、濃度低且波動(dòng)范圍大和雜質(zhì)成分多等特點(diǎn)而難以直接利用。據(jù)估計(jì),每年隨著煤礦乏風(fēng)排放到大氣中的純甲烷排放當(dāng)量超過(guò)1.50×1010m3,不僅造成巨大的能源浪費(fèi),還產(chǎn)生嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。因此,研究煤礦乏風(fēng)的高效利用方式,將在能源、環(huán)保及安全等領(lǐng)域產(chǎn)生顯著的綜合效益。

對(duì)于煤礦乏風(fēng)的處理方式主要有熱氧化和催化氧化兩種技術(shù)。相較于熱氧化技術(shù),催化氧化技術(shù)對(duì)反應(yīng)溫度和反應(yīng)器材質(zhì)的要求更低,一氧化碳和氮氧化物的排放量小,燃燒效率更高,能耗較小。而在催化氧化技術(shù)的應(yīng)用中,關(guān)鍵之一就是研制高效且經(jīng)濟(jì)的催化劑?？紤]到實(shí)際工況條件,對(duì)于催化劑的要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是催化劑要有較好的低溫活性,確保能夠在較低反應(yīng)溫度下起燃;二是催化劑要具備較好的高溫穩(wěn)定性,確保在燃燒過(guò)程中反應(yīng)溫度升高的條件下仍能保持應(yīng)有的催化活性;三是要有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性,能夠承受高溫強(qiáng)氣流的作用應(yīng)力;四是要有優(yōu)良的抗硫抗水能力,滿足硫含量較高的礦井處理乏風(fēng)的要求。

本文基于工業(yè)應(yīng)用視角,圍繞實(shí)際工況條件對(duì)催化劑的要求,重點(diǎn)從催化劑的活性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和抗毒穩(wěn)定性等4個(gè)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,旨在為開(kāi)發(fā)適用于工業(yè)化應(yīng)用的乏風(fēng)瓦斯甲烷催化燃燒催化劑提供參考借鑒。

1 甲烷催化燃燒催化劑低溫活性

低溫催化活性與催化劑的活性組分、載體、助劑的選擇及組合密切相關(guān)。載體通過(guò)與活性組分相互作用來(lái)影響催化劑活性,助劑的添加可以穩(wěn)定催化劑載體和活性位點(diǎn),延長(zhǎng)催化劑壽命[1]。其中Pd,Pt,Rh,Au等貴金屬基催化劑具有很高的低溫催化活性[2-5]。但貴金屬基催化劑的活性組分在反應(yīng)過(guò)程中存在燒結(jié)、團(tuán)聚長(zhǎng)大的問(wèn)題,尤其是高昂的成本,限制了催化劑的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。非貴金屬中如六鋁酸鹽、鈣鈦礦、過(guò)渡金屬等類(lèi)型的催化劑廣受關(guān)注[6-8],很多學(xué)者通過(guò)深入研究和調(diào)控催化劑的結(jié)構(gòu)來(lái)改善非貴金屬類(lèi)催化劑的低溫活性[9](見(jiàn)圖1)。但總體來(lái)看,非貴金屬類(lèi)催化劑的催化活性與貴金屬催化劑相比尚有一定差距。為了兼顧成本與活性,也有很多研究學(xué)者開(kāi)展貴金屬-非貴金屬耦合催化劑的調(diào)控合成及性能研究工作。

圖1 甲烷催化氧化催化劑的結(jié)構(gòu)

1.1 貴金屬催化劑低溫活性

貴金屬類(lèi)催化劑以Pd基催化劑的活性為最高,因而受到更多學(xué)者的關(guān)注。王明智等[10]以Pd為活性組分,制備了Pd/CeO2催化劑,發(fā)現(xiàn)其優(yōu)異的低溫催化活性主要?dú)w因于Pd前軀體與CeO2載體之間的相互作用生成的Ce1-xPdxO2-δ物種。徐續(xù)盼等[11]利用介孔Beta沸石分子篩作為載體并負(fù)載Pd納米粒子,該催化劑在甲烷催化燃燒反應(yīng)中表現(xiàn)出了更好的活性,這主要?dú)w因于在合成和反應(yīng)過(guò)程中介孔載體限制了Pd顆粒的生長(zhǎng)。Zhao Zhenyang等[12]發(fā)現(xiàn)在焙燒溫度為1 200 ℃制備的Pd/SnO2催化劑中PdO和SnO2之間的晶格相匹配,其很好地促進(jìn)了SnO2活化氧反向溢出到PdO/Pd表面上的氧空位,從而促進(jìn)甲烷催化燃燒。Xie Yiquan等[13]發(fā)現(xiàn)分子篩負(fù)載的Pd催化劑引入La可以提高Pd的分散度,增強(qiáng)了催化氧化甲烷性能,其中Pd/NaLa-ZSM-5-0.82催化劑活性最優(yōu),轉(zhuǎn)化率90%所需的溫度(T90)達(dá)到296 ℃。

引入第二金屬成分可以調(diào)節(jié)活性組分的電子結(jié)構(gòu)和表面組成,可能表現(xiàn)出與單金屬對(duì)應(yīng)物不同的物理和化學(xué)性質(zhì),從而進(jìn)一步提高催化劑的活性與穩(wěn)定性。Zhang Xiaofan等[14]選擇Pt-Pd雙金屬作為活性位點(diǎn)制備了PtPd/ZrO2,并制備單金屬催化劑進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)雙金屬0.44 PtPd2.20/ZrO2催化劑表現(xiàn)出最佳的催化活性,T90為408 ℃。Geng Haojie等[15]采用動(dòng)力學(xué)方法研究了Pd/Pt單/雙金屬催化劑的甲烷燃燒催化活性,發(fā)現(xiàn)Pd-Pt雙金屬催化劑與Pd或Pt單金屬催化劑相比具有更高的催化活性,雙金屬催化劑中的少量Pt提高了Pd的催化性能,有助于降低活化能,是甲烷在富氧下條件下燃燒的最佳選擇。Wang Fen等[16]發(fā)現(xiàn)通過(guò)Pt改性得到的4Pt-1Pd/MgFe2O4催化劑可以大大增強(qiáng)甲烷燃燒催化活性和穩(wěn)定性,主要?dú)w因于其小尺寸的雙金屬納米顆粒,以及相對(duì)較高的Pd0比率和吸附的氧物種。Janina等[17]發(fā)現(xiàn)雙金屬Ru-Re/γ-Al2O3催化性能高于單金屬Ru催化劑,含Re催化劑活性較高是由于Ru相分散性較高,還原性好,從而提高了在甲烷燃燒中的催化活性。Xu Peng等[18]發(fā)現(xiàn)由于Mn2O3的多孔結(jié)構(gòu)及貴金屬的合金化導(dǎo)致Pd-Pt/meso-Mn2O3比單一金屬活性組分催化劑甲烷催化活性高,其中活性較好的1.41(Pd5.1Pt)/meso-Mn2O3催化劑T90為425 ℃。梁文俊等[19]發(fā)現(xiàn)經(jīng)多次甲烷催化燃燒循環(huán)反應(yīng)后,雙金屬Pd-Ce催化劑較單金屬Pd催化劑可明顯提高其催化活性,原因可能為催化劑經(jīng)多次催化反應(yīng)使催化活性組分PdO與CeO2之間的協(xié)同作用加強(qiáng),提高PdO的分散度并降低催化劑表面吸附氧的脫附能,從而提高催化劑的催化活性。Miao Shaojun等[20]發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加少量Pt時(shí),Au/Co3O4對(duì)甲烷燃燒的催化活性可以提高,甲烷完全轉(zhuǎn)化的溫度可以降低50 ℃。張杰等[21]發(fā)現(xiàn)改性金屬可以顯著影響催化劑中Ru粒子的粒徑,與Ca改性Ru/H-MCM-49催化劑相比,Mg改性可以更好分散金屬Ru,有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。

1.2 非貴金屬催化劑低溫活性

過(guò)渡金屬類(lèi)非貴金屬(如Cu,Ni,Co,Fe等)催化劑價(jià)格低廉,甲烷燃燒的低溫活性較高,在一定條件下甚至可以達(dá)到與貴金屬催化劑相媲美的程度,因而具有較大的開(kāi)發(fā)潛力[22]。陳玉娟等[23]發(fā)現(xiàn)CuO/Al2O3系列催化劑對(duì)低濃度甲烷的催化燃燒具有較好的活性,同時(shí)助劑Fe的加入能夠有效提高CuO/Al2O3催化劑的高溫催化活性,主要?dú)w因于助劑Fe的加入能夠降低CuO與載體Al2O3之間的相互作用,抑制CuAl2O4尖晶石的形成,提高CuO在載體表面的分散度。Wang Qing等[24]采用初始濕法浸漬法與燃燒合成相結(jié)合的方法制備了一系列不同Co3O4負(fù)載量的Co3O4/γ-Al2O3催化劑,Co3O4負(fù)載量為30%的催化劑表現(xiàn)出最佳的催化性能,甲烷完全轉(zhuǎn)化溫度為550 ℃,采用此方法合成的催化劑中含有分散性良好的Co物種及豐富的Co3+,在甲烷的催化燃燒中起著至關(guān)重要的作用。其中,Shafaei等[25]采用共沉淀和溶膠凝膠法制備了CoFe2O4,CuFe2O4,NiAl2O4,NiFe2O4混合氧化物催化劑,結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用共沉淀法制備的CoFe2O4催化劑表現(xiàn)出最佳的催化活性(T90為520 ℃),此外還發(fā)現(xiàn)溶膠凝膠法合成的催化劑表面受團(tuán)聚影響,導(dǎo)致晶體尺寸增大,催化活性降低。Varbar等[26]發(fā)現(xiàn)5%Mn-20%Ni/MgAl2O4催化劑對(duì)甲烷催化活性最佳,主要?dú)w因于Mn的加入促進(jìn)了還原度的提高和氧空位的增加,從而改善了催化劑的結(jié)構(gòu)特征和轉(zhuǎn)化溫度。Liu Fengxiang等[27]發(fā)現(xiàn)NiO催化劑對(duì)甲烷催化燃燒表現(xiàn)出較高的催化活性,NiO催化劑的高催化活性與其氧吸附能力有關(guān),因?yàn)檠醯幕罨诩淄檠趸砻鎰?dòng)力學(xué)控制區(qū)域中起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)氣流中的水蒸氣也可以促進(jìn)NiO催化劑上的甲烷轉(zhuǎn)化。鄭舒等[28]發(fā)現(xiàn)當(dāng)載體中ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5%時(shí),制備的CuO/YSZ-Al2O3催化劑具有優(yōu)異的甲烷催化活性與穩(wěn)定性。

2 甲烷燃燒催化劑熱穩(wěn)定性

甲烷催化燃燒過(guò)程中活性組分容易發(fā)生燒結(jié)、長(zhǎng)大和晶相轉(zhuǎn)變等變化,導(dǎo)致催化性能下降。通常采用添加助劑來(lái)抑制活性組分燒結(jié)、長(zhǎng)大,同時(shí)能夠改善活性組分的分散性,提高載體與活性組分及助劑與活性組分間的協(xié)同效應(yīng),從而使催化活性和熱穩(wěn)定性提高。石秀娟等[29]發(fā)現(xiàn)Pd-Ni雙金屬系列催化劑中,助劑Ni的添加可改善催化劑的熱穩(wěn)定性,影響催化劑在375～475 ℃條件下的甲烷催化燃燒活性。王帆等[30]通過(guò)添加Ce制備的Pd-Pt-Ce/Al2O3催化劑顯著提高了Pd-Pt/Al2O3催化劑的甲烷燃燒活性及穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)Ce的加入促進(jìn)了活性組分在載體表面富集,提高了催化劑的有效活性表面積,同時(shí)有效抑制了反應(yīng)過(guò)程中晶粒的燒結(jié)和由此導(dǎo)致的粒徑增大。Fan Xing等[31]發(fā)現(xiàn)Ce的存在顯著提高了Pd-Pt/Al2O3催化劑甲烷燃燒活性和熱穩(wěn)定性,這可能歸因于Pd-Pt/Ce/Al2O3催化劑表面活性組分PdO的分散度更高,同時(shí)在Ce存在的條件下可以進(jìn)一步維持PdO的氧化狀態(tài)而延緩燒結(jié)。Todorova等[32]發(fā)現(xiàn)NiO的加入形成了NiAl2O4物種,進(jìn)一步抑制了PdNiAl催化劑中Pd顆粒的燒結(jié),NiAl2O4與Pd之間的強(qiáng)相互作用阻礙了Pd顆粒的遷移,有效穩(wěn)定了其晶粒尺寸。盧楠等[33]發(fā)現(xiàn)核-殼結(jié)構(gòu)的Pd-Co3O4@SiO2催化劑經(jīng)800 ℃煅燒后仍能保持較好的核-殼結(jié)構(gòu),SiO2殼內(nèi)的PdO與CoOx之間的強(qiáng)相互作用有效地避免了Pd和Co活性物種的高溫?zé)Y(jié),具有更高的熱穩(wěn)定性。Monai等[34]發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制催化劑納米結(jié)構(gòu),最大限度地提高活性相/金屬氧化物之間的接觸面積,有助于在高溫下穩(wěn)定PdO活性相,從而提高其催化性能。Zhang Zeshu等[35]發(fā)現(xiàn)通過(guò)一步合成核殼結(jié)構(gòu)的Pd@S-1和Pd0.8Ni0.2@S-1催化劑具有良好的抗燒結(jié)性,由于Ni的結(jié)合能大于Pd,且Ni物種可以與基底相互作用,Pd0.8Ni0.2@S-1催化劑即使在900 ℃下使用5 h也不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的燒結(jié),甲烷的完全轉(zhuǎn)化溫度約為450 ℃。

3 甲烷催化燃燒催化劑機(jī)械穩(wěn)定性

在實(shí)際工程應(yīng)用中,往往存在床層壓降較大和反應(yīng)器中溫度梯度較大的情況,對(duì)于大空速、強(qiáng)放熱的甲烷催化氧化反應(yīng)而言,催化劑的機(jī)械穩(wěn)定性尤為重要,其決定了催化劑使用過(guò)程的破碎和磨損程度,進(jìn)而影響催化劑的壽命。任偉光[36]發(fā)現(xiàn)顆粒狀催化劑在流化床中的磨損率與時(shí)間呈衰減型增長(zhǎng)趨勢(shì)。在熱態(tài)反應(yīng)條件下,當(dāng)床層溫度在450～650 ℃之間變化時(shí),隨著溫度的升高,流化床內(nèi)氣流流動(dòng)的紊亂程度增大,導(dǎo)致顆粒的運(yùn)動(dòng)更為劇烈,使得催化劑顆粒的磨損率上升,甲烷轉(zhuǎn)化率降低。

對(duì)于負(fù)載型催化劑來(lái)說(shuō),載體的選擇在很大程度上決定了整體催化劑的機(jī)械穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步使催化劑適用于工業(yè)化應(yīng)用,研究者們?cè)诖呋瘎┹d體的選擇上,從傳統(tǒng)粉末狀或顆粒狀向整體式載體轉(zhuǎn)變,其中最為常用的是堇青石陶瓷蜂窩載體。Liao Hengcheng等[37]以堇青石為載體,制備了(Ce1-xYx)O2/γ-Al2O3/COR催化劑,發(fā)現(xiàn)當(dāng)x=0.5時(shí),甲烷催化活性較高,T90為500 ℃。

4 甲烷催化燃燒催化劑抗毒穩(wěn)定性

受煤層地質(zhì)條件和礦井通風(fēng)環(huán)境影響,煤礦乏風(fēng)成分較為復(fù)雜,除了空氣和甲烷,還含有水分、CO2、硫、煤塵,以及痕量的CO,C2H6,H2,NH3,NOx等雜質(zhì)。研究表明雜質(zhì)的存在會(huì)對(duì)催化劑的活性中心產(chǎn)生抑制作用,或者與載體間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),生成不可分解的化合物等,造成催化劑的失活[38]。其中燒結(jié)和硫中毒是大多數(shù)催化劑失活的原因,可以通過(guò)添加優(yōu)先與硫/水配位的助劑元素,來(lái)減緩或抑制硫與活性組分的結(jié)合。

4.1 SO2的影響

康建東等[39]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)Cu基催化劑失活的主要原因是SO2與CuO反應(yīng)生成惰性的CuSO4,Ni助劑的添加能夠和Cu基催化劑形成Ni-Cu雙金屬位點(diǎn),抑制SO2與CuO反應(yīng),進(jìn)而調(diào)控抗硫中毒特性。此外,高溫吹掃可以使覆蓋在催化劑表面的羥基解吸,從而部分恢復(fù)催化劑活性。Auvinen等[40]發(fā)現(xiàn)SO2存在時(shí),通過(guò)形成穩(wěn)定的非活性鈀硫酸鹽占據(jù)貴金屬活性位點(diǎn),同時(shí)阻礙了氧的遷移和水的解吸,大大降低了甲烷催化燃燒的催化活性。Ji Jiabin等[41]制備的雙金屬I(mǎi)rPt0.5/TiO2催化劑對(duì)甲烷燃燒具有優(yōu)異的耐硫性,由于Ir和Pt之間的強(qiáng)電子相互作用,并且Ir物種可以增強(qiáng)活性組分的供電子能力,使其難以吸附SO2,而更容易吸附和活化O2,抑制甲烷催化燃燒催化劑硫中毒。Lin Jia等[42]通過(guò)引入摻雜劑(Si,P,Mg,La,Zn)有效調(diào)節(jié)了Pd基催化劑的表面酸性/堿性,發(fā)現(xiàn)表面堿性的增強(qiáng)促進(jìn)了催化劑上硫物種的積累,而表面酸性的增加抑制了硫物種的吸附。而Pd/Zr-MA催化劑表面酸性/堿性適中,在含硫條件下Zr(SO4)2的形成減輕了甲烷催化燃燒中PdO和氧化鋁的硫酸化作用。

4.2 H2O的影響

Huang Weixin等[43]發(fā)現(xiàn)Pd/Al2O3催化劑在甲烷燃燒催化反應(yīng)進(jìn)行時(shí),Al2O3可以強(qiáng)烈地與反應(yīng)中產(chǎn)生的水結(jié)合,保持PdO相的活性,但當(dāng)Al2O3表面被水飽和后,PdO表面也發(fā)生羥基化,降低催化劑的甲烷燃燒活性。Gao Diannan等[44]研究了H2O對(duì)Pd/Al2O3催化劑甲烷燃燒性能的影響,認(rèn)為反應(yīng)過(guò)程中生成的Pd(OH)2造成了催化劑的失活。Kumar等[45]研究了催化劑在水存在下的甲烷催化燃燒性能,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的Co增強(qiáng)了Pd-Pt/10Co/SnO2催化劑的催化活性與水熱穩(wěn)定性,可歸因于Pd/PdO/Pt與CoOx相互作用產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)。Li Jie等[46]發(fā)現(xiàn)Pd/MgAl2O4催化劑在甲烷催化燃燒中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐水性,可歸因于MgAl2O4尖晶石上OH-/H+的吸附/解吸比Al2O3快,從而限制了H2O對(duì)PdO活性物種中毒的影響。Nassiri等[47]發(fā)現(xiàn)單金屬Pd在含水反應(yīng)條件下顯著失活,而Pt的存在使雙金屬催化劑對(duì)水相對(duì)不敏感,其表面上缺乏氧氣,并且會(huì)導(dǎo)致金屬Pd含量增加,從而提高其催化活性。Li Jinghua等[48]發(fā)現(xiàn)在ZrO2中添加適量的Si會(huì)抑制羥基的積累,從而使催化劑具有更高的耐水性。Xu Yalan等[49]將Co-Mn二元氧化物作為促進(jìn)劑引入Pd/Al2O3構(gòu)建高效甲烷燃燒催化劑,發(fā)現(xiàn)Mn和Co協(xié)同作用可以加速去除活性位點(diǎn)中積累的OH/H2O,從而促進(jìn)PdO和氧空位的再生,使得催化劑具有顯著的水熱穩(wěn)定性。劉世達(dá)等[50]發(fā)現(xiàn)通過(guò)水熱處理和稀土金屬改性等制備的1%Pd/HTT-2La-B-Al2O3催化劑具有良好的抗水性能,并且水熱處理對(duì)催化劑穩(wěn)定性的影響大于稀土金屬的改性作用。Zou Xuelin等[51]發(fā)現(xiàn)核殼PdO@SiO2/Al2O3有優(yōu)異的耐水性,其核殼構(gòu)型金屬-載體具有較強(qiáng)的相互作用,導(dǎo)致PdO活性中心具有良性的氧化還原性能和更高的OH-/H2O解吸速率。Mowery等[52]發(fā)現(xiàn)SO2和H2O同時(shí)存在時(shí)Pd/Al2O3催化劑的硫酸化是通過(guò)在PdO顆粒上將SO2氧化為SO3,SO3進(jìn)一步氧化形成PdSO4或遷移到Al2O3載體上而形成Al2(SO4)3。

5 結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)看,目前國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)、科研院所已經(jīng)針對(duì)工業(yè)化應(yīng)用開(kāi)展了大量的低濃度甲烷催化燃燒催化劑的研究與開(kāi)發(fā)工作,也在針對(duì)煤礦乏風(fēng)的熱逆流催化氧化技術(shù)研發(fā)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,但尚沒(méi)有成熟的工業(yè)化應(yīng)用項(xiàng)目。其主要原因之一仍然是催化劑的活性、穩(wěn)定性、抗毒能力、壽命及成本等制約因素未能達(dá)到市場(chǎng)的預(yù)期,技術(shù)難度大,經(jīng)濟(jì)效益較差。在催化劑組分的篩選方面,高活性貴金屬催化劑在低溫下有利于甲烷催化氧化,而雙金屬催化劑具有較好的活性位點(diǎn)和電子協(xié)同效應(yīng),具有較好的催化活性,是甲烷催化劑的研究熱點(diǎn)。加入不同種類(lèi)的助劑不僅可以改善催化劑的活性,也可以改善催化劑的穩(wěn)定性,下一步的研究重點(diǎn)之一是優(yōu)化和篩選助劑的種類(lèi)和組合,使其更加適用于工業(yè)應(yīng)用。

在國(guó)家“雙碳”政策的總體框架下,隨著《甲烷排放控制行動(dòng)方案》的出臺(tái)和《溫室氣體自愿減排交易管理辦法》(試行)的施行,低濃度甲烷的催化氧化技術(shù)將有著更大的發(fā)展空間,催化劑的研制和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)作為其中的核心技術(shù)之一,也需要面向工業(yè)化應(yīng)用開(kāi)展更加深入的研究。