催化燃燒處理VOCs

　　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。

　　1 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的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引等缺點，已經不能完全滿足當前日益嚴格的有機廢氣排放要求。

　　2 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。

　　尖晶石催化劑具有很好的活性與穩定性。Hos.seini等制備了MCr2O4(M：Co，Cu，Zn)尖晶石催化劑用于考察對異丙醇的催化性能，其中Zn—cr2O表現的性能最為優異，這可能是由于ZnO與ZnCrO之間的相互協同作用，使得催化劑表面具有大量的表面氧與Cr¨一Cr6活性對，促進了反應的進行。而ZnCr：O與CuC——O在15h內活性沒有明顯下降，其良好的穩定性歸結于表面出現的大量Cr離子。

　　Rezlescu等通過對比一系列尖晶石結構與鈣鈦礦結構催化劑催化燃燒丙酮的性能，發現鈣鈦礦結構催化劑的T95在300cC，而在這個溫度點，尖晶石結構催化劑活性只有70%，這與鈣鈦礦的特定空間結構是密不可分的。鈣鈦礦結構中，B位為過渡元素離子，是催化劑的活性位；A位離子一般是稀土元素或堿土金屬元素，用于保持鈣鈦礦骨架結構的穩定性，但是A位元素價態的變化可以影響到B16位元素的價態，從而間接影響鈣鈦礦催化劑的性能，而且A位與B位都可以進行離子摻雜，產生多種對催化反應有利的畸變和晶格缺陷。

　　過渡金屬催化劑的性能受水蒸汽的影響很大。Li等用CuMnO催化氧化甲苯時，當在反應氣體中加入少量水蒸汽后，其活性明顯降低，因為氣體中的水分子會吸附于活性位點且不易脫附，造成能夠催化氧化甲苯的活性位點大量減少，從而降低催化劑的性能。

　　3 多組分VoCs催化燃燒

　　大多的研究都只選用單種VOCs氣體進行性能測試，而在實際的工業生產中排放的廢氣往往含有多種VOCs成分，多組分VOCs混合催化氧化與單組分VOCs氧化不同。多組分反應時低燃點組分反應生成的熱量能為后續的反應提供能量，而使得各組分轉化率提高。

　　但He等將Pd/SBA一15催化劑用于催化苯、甲苯、乙酸乙酯兩兩混合的氣體時發現，混合氣體的活性要低于單一氣體；Jin等將甲苯、乙酸乙酯、二氯甲烷三組分混合氣體經Pd/Cr：O一ZrO催化氧化，發現其性能不及催化氧化單組份氣體的性能。這是由于催化劑上催化氧化VOCs的活性位點是一樣的，所以在催化過程中，不同的VOCs之間在會產生競爭吸附而導致各組分活性降低，這也是VOCs催化燃燒技術的一大難題。