催化燃燒處理VOCs嘉特緯德催化燃燒設(shè)備所用催化劑講解
催化燃燒是有機(jī)氣體在較低的溫度下，于催化劑表面發(fā)生無(wú)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(shù)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(jī)械強(qiáng)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(yīng)用于VOC消除反應(yīng)中。Huang等將Pd、Pt、Au、Ag、Rh負(fù)載于^y—A1203載體上，用于鄰二甲苯的催化燃燒反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同的工況下，其催化性能順序?yàn)椋?/span>Pd>Pt>Ag>Rh>Au;而Jung等同樣將Pd、Pt、Ru負(fù)載于一A1203之上，察其對(duì)甲醇的催化燃燒性能，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的完全轉(zhuǎn)化溫度分析，其催化性能順序?yàn)?/span>Pt>Ru>Pd，這與Huang的測(cè)試結(jié)果不一樣，說(shuō)明對(duì)于不同的反應(yīng)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(fù)載于載體表面的方法也對(duì)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(jié)果發(fā)現(xiàn)低負(fù)載量時(shí)，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(yīng)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(guò)對(duì)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(rèn)為活性金屬的高價(jià)氧化態(tài)是其高催化活性的主要原因，同時(shí)認(rèn)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(shí)，其催化性能并不突出，而多被應(yīng)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(diǎn)，但在水蒸汽、鹵素存在的情況下，貴金屬催化劑會(huì)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(diǎn)，已經(jīng)不能完全滿足當(dāng)前日益嚴(yán)格的有機(jī)廢氣排放要求。
非貴金屬
非貴金屬過(guò)渡金屬活性不及貴金屬，它們一般通過(guò)相互摻雜或加入其他金屬氧化物，形成多組分復(fù)合金屬氧化物催化劑。復(fù)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(guò)相互摻雜用于催化燃燒甲苯。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，銅錳復(fù)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(qiáng)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(jié)晶度較低的尖晶石結(jié)構(gòu)。很多復(fù)合金屬氧化物催化劑之間都能產(chǎn)生這種協(xié)同效應(yīng)，如Mn—Ce氧化物、Mn—Cu氧化物、Ce—cu氧化物等。這些復(fù)合金屬氧化物在相互作用的過(guò)程中會(huì)形成尖晶石(ABO)結(jié)構(gòu)或鈣鈦礦(ABO)結(jié)構(gòu)。
展望
VOCs的治理技術(shù)多種多樣，在應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)工廠的實(shí)際情況做出合理的選擇，將多種治理技術(shù)有機(jī)的結(jié)合應(yīng)用將成為今后的熱點(diǎn)，其中催化燃燒技術(shù)因起燃溫度低、適用范圍廣、沒(méi)有二次污染等特點(diǎn)成為最有應(yīng)用前景的VOCs處理技術(shù)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(jià)格限制了它的應(yīng)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(shí)現(xiàn)貴金屬的超低量負(fù)載將是以后的研究方向;非貴金屬催化劑雖然價(jià)格便宜，但性能不及貴金屬催化劑，今后的研究方向應(yīng)是提高其催化活性。而如何減少多組分VOCs在反應(yīng)過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)吸附將是催化燃燒技術(shù)的主要挑戰(zhàn)。