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，結果發現在相同的工況下，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，結果發現低負載量時，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：催化劑的理化性質及催化性能，認為活性金屬的高價氧化態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方面有很多優點，但在水蒸汽、鹵素存在的情況下，貴金屬催化劑會出現中毒失活的情況。貴金屬催化劑熱穩定性差和抗毒性差等缺點，已經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出更高的活性和更好的穩定性。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。試驗結果發現，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同作用，尤其是在催化活性較優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生這種協同效應，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、穩定性以及在性能不變的情況下實現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。