催化燃燒處理VOCs嘉特緯德催化燃燒設備所用催化劑講解

催化燃燒是有機氣體在較低的溫度下，于催化劑表面發(fā)生無火焰燃燒而分解為二氧化碳和水蒸汽，并釋放熱量。催化燃燒技術的核心是催化劑，要求催化劑具有較低的起燃溫度、較寬的溫度窗口以及良好的熱穩(wěn)定性和機械強度。催化燃燒VOCs催化劑按照使用活性組分的不同可以將分為兩大類：一類是貴金屬催化劑，包括Pt、Pd、Au等;另一類是非貴金屬催化劑，包括Cu、Mn、Ce、Co、Fe等。

貴金屬催化劑

貴金屬催化劑由于其催化活性高、起燃溫度低，而被廣泛應用于VOC消除反應中。Huang等將Pd、Pt、Au、Ag、Rh負載于^y—A1203載體上，用于鄰二甲苯的催化燃燒反應，結果發(fā)現(xiàn)在相同的工況下，其催化性能順序為：Pd>Pt>Ag>Rh>Au;而Jung等同樣將Pd、Pt、Ru負載于一A1203之上，察其對甲醇的催化燃燒性能，從實驗結果的完全轉(zhuǎn)化溫度分析，其催化性能順序為Pt>Ru>Pd，這與Huang的測試結果不一樣，說明對于不同的反應物，催化劑所呈現(xiàn)的性能存在一定的差異。

除了活性組分的種類，活性組分負載于載體表面的方法也對催化劑催化氧化VOCs效果有一定影響，如Walerczyk等分別用微波加熱法與共浸漬法制備了Pt/ZnA10用于催化氧化異丁烷，結果發(fā)現(xiàn)低負載量時，微波加熱法有助于Pt粒子的分散，而使得該方法制得的催化劑性能優(yōu)于共浸漬法。貴金屬催化劑中，研究與應用比較多的主要是Pt與Pd催化劑，而Au催化劑也得到了一定研究。Aboukais等通過對比不同制備方法制備的Au/CeO：催化劑的理化性質(zhì)及催化性能，認為活性金屬的高價氧化態(tài)是其高催化活性的主要原因，同時認為，這也是影響Ag/CeO催化劑性能的主要原因。Ag催化劑在催化燃燒VOCs時，其催化性能并不突出，而多被應用于等離子體協(xié)同催化處理VOCs。

雖然貴金屬催化劑在催化燃燒VOCs方面有很多優(yōu)點，但在水蒸汽、鹵素存在的情況下，貴金屬催化劑會出現(xiàn)中毒失活的情況。貴金屬催化劑熱穩(wěn)定性差和抗毒性差等缺點，已經(jīng)不能完全滿足當前日益嚴格的有機廢氣排放要求。

非貴金屬

非貴金屬過渡金屬活性不及貴金屬，它們一般通過相互摻雜或加入其他金屬氧化物，形成多組分復合金屬氧化物催化劑。復合金屬氧化物催化劑往往比單一組分金屬氧化物催化劑表現(xiàn)出更高的活性和更好的穩(wěn)定性。顧歐昀等以CuO和MnO，為活性組分，通過相互摻雜用于催化燃燒甲苯。試驗結果發(fā)現(xiàn)，銅錳復合氧化物催化劑，尤其是摻雜低濃度銅的氧化錳，其催化燃燒甲苯的性能要優(yōu)于單組份催化劑，究其根本原因是銅物種與錳物種之間存在較強的相互協(xié)同作用，尤其是在催化活性較優(yōu)的銅錳配比催化劑中形成了結晶度較低的尖晶石結構。很多復合金屬氧化物催化劑之間都能產(chǎn)生這種協(xié)同效應，如Mn—Ce氧化物、Mn—Cu氧化物、Ce—cu氧化物等。這些復合金屬氧化物在相互作用的過程中會形成尖晶石(ABO)結構或鈣鈦礦(ABO)結構。

展望

VOCs的治理技術多種多樣，在應用中應該根據(jù)工廠的實際情況做出合理的選擇，將多種治理技術有機的結合應用將成為今后的熱點，其中催化燃燒技術因起燃溫度低、適用范圍廣、沒有二次污染等特點成為最有應用前景的VOCs處理技術之一。

作為催化燃燒VOCs的核心，貴金屬催化劑雖然催化性能優(yōu)異，但昂貴的價格限制了它的應用，如何有效的提高貴金屬的抗中毒性、穩(wěn)定性以及在性能不變的情況下實現(xiàn)貴金屬的超低量負載將是以后的研究方向;非貴金屬催化劑雖然價格便宜，但性能不及貴金屬催化劑，今后的研究方向應是提高其催化活性。而如何減少多組分VOCs在反應過程中的競爭吸附將是催化燃燒技術的主要挑戰(zhàn)。