催化燃烧处理VOCs

　　催化燃烧是有机气体在较低的温度下，于催化剂表面发生无火焰燃烧而分解为二氧化碳和水蒸汽，并释放热量。催化燃烧技术的核心是催化剂，要求催化剂具有较低的起燃温度、较宽的温度窗口以及良好的热稳定性和机械强度。催化燃烧VOCs催化剂按照使用活性组分的不同可以将分为两大类：一类是贵金属催化剂，包括Pt、Pd、Au等；另一类是非贵金属催化剂，包括Cu、Mn、Ce、Co、Fe等。

　　1 贵金属催化剂

　　贵金属催化剂由于其催化活性高、起燃温度低，而被广泛应用于VOC消除反应中。Huang等将Pd、Pt、Au、Ag、Rh负载于^y—A1203载体上，用于邻二甲苯的催化燃烧反应，结果发现在相同的工况下，其催化性能顺序为：Pd>Pt>Ag>Rh>Au；而Jung等同样将Pd、Pt、Ru负载于一A1203之上，察其对甲醇的催化燃烧性能，从实验结果的完全转化温度分析，其催化性能顺序为Pt>Ru>Pd，这与Huang的测试结果不一样，说明对于不同的反应物，催化剂所呈现的性能存在一定的差异。

　　除了活性组分的种类，活性组分负载于载体表面的方法也对催化剂催化氧化VOCs效果有一定影响，如Walerczyk等分别用微波加热法与共浸渍法制备了Pt/ZnA10用于催化氧化异丁烷，结果发现低负载量时，微波加热法有助于Pt粒子的分散，而使得该方法制得的催化剂性能优于共浸渍法。贵金属催化剂中，研究与应用比较多的主要是Pt与Pd催化剂，而Au催化剂也得到了一定研究。Aboukais等通过对比不同制备方法制备的Au/CeO：催化剂的理化性质及催化性能，认为活性金属的高价氧化态的是其高催化活性的主要原因，同时认为，这也是影响Ag/CeO催化剂性能的主要原因。Ag催化剂在催化燃烧VOCs时，其催化性能并不突出，而多被应用于等离子体协同催化处理VOCs。

　　虽然贵金属催化剂在催化燃烧VOCs方面有很多优点，但在水蒸汽、卤素存在的情况下，贵金属催化剂会出现中毒失活的情况。贵金属催化剂热稳定性差和抗毒性差引等缺点，已经不能完全满足当前日益严格的有机废气排放要求。

　　2 非贵金属

　　非贵金属过渡金属活性不及贵金属，它们一般通过相互掺杂或加入其他金属氧化物，形成多组分复合金属氧化物催化剂。复合金属氧化物催化剂往往比单一组分金属氧化物催化剂表现出更高的活性和更好的稳定性。顾欧昀等以CuO和MnO，为活性组分，通过相互掺杂用于催化燃烧甲苯。试验结果发现，铜锰复合氧化物催化剂，尤其是掺杂低浓度铜的氧化锰，其催化燃烧甲苯的性能要优于单组份催化剂，究其根本原因是铜物种与锰物种之间存在较强的相互协同作用，尤其是在催化活性较优的铜锰配比催化剂中形成了结晶度较低的尖晶石结构。很多复合金属氧化物催化剂之间都能产生这种协同效应，如Mn—Ce氧化物、Mn—Cu氧化物、Ce—cu氧化物等。这些复合金属氧化物在相互作用的过程中会形成尖晶石(ABO)结构或钙钛矿(ABO)结构。

　　尖晶石催化剂具有很好的活性与稳定性。Hos.seini等制备了MCr2O4(M：Co，Cu，Zn)尖晶石催化剂用于考察对异丙醇的催化性能，其中Zn—cr2O表现的性能最为优异，这可能是由于ZnO与ZnCrO之间的相互协同作用，使得催化剂表面具有大量的表面氧与Cr¨一Cr6活性对，促进了反应的进行。而ZnCr：O与CuC——O在15h内活性没有明显下降，其良好的稳定性归结于表面出现的大量Cr离子。

　　Rezlescu等通过对比一系列尖晶石结构与钙钛矿结构催化剂催化燃烧丙酮的性能，发现钙钛矿结构催化剂的T95在300cC，而在这个温度点，尖晶石结构催化剂活性只有70%，这与钙钛矿的特定空间结构是密不可分的。钙钛矿结构中，B位为过渡元素离子，是催化剂的活性位；A位离子一般是稀土元素或碱土金属元素，用于保持钙钛矿骨架结构的稳定性，但是A位元素价态的变化可以影响到B16位元素的价态，从而间接影响钙钛矿催化剂的性能，而且A位与B位都可以进行离子掺杂，产生多种对催化反应有利的畸变和晶格缺陷。

　　过渡金属催化剂的性能受水蒸汽的影响很大。Li等用CuMnO催化氧化甲苯时，当在反应气体中加入少量水蒸汽后，其活性明显降低，因为气体中的水分子会吸附于活性位点且不易脱附，造成能够催化氧化甲苯的活性位点大量减少，从而降低催化剂的性能。

　　3 多组分VoCs催化燃烧

　　大多的研究都只选用单种VOCs气体进行性能测试，而在实际的工业生产中排放的废气往往含有多种VOCs成分，多组分VOCs混合催化氧化与单组分VOCs氧化不同。多组分反应时低燃点组分反应生成的热量能为后续的反应提供能量，而使得各组分转化率提高。

　　但He等将Pd/SBA一15催化剂用于催化苯、甲苯、乙酸乙酯两两混合的气体时发现，混合气体的活性要低于单一气体；Jin等将甲苯、乙酸乙酯、二氯甲烷三组分混合气体经Pd/Cr：O一ZrO催化氧化，发现其性能不及催化氧化单组份气体的性能。这是由于催化剂上催化氧化VOCs的活性位点是一样的，所以在催化过程中，不同的VOCs之间在会产生竞争吸附而导致各组分活性降低，这也是VOCs催化燃烧技术的一大难题。