挥发性有机废气催化氧化技术研究进展

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1、挥发性有机废气催化氧化技术研究进展刘越俞丹青吴忠标浙江大学环境工程系杭州I310027摘要本文对挥发性有机废气催化氧化治理技术的研究动向和发展情况进行了综述。重点介绍了催化剂的活性组分、载体的最新研究成果和催化剂制备方法上的进展，为新型高效催化剂的设计和制备提供一定的指导。文章还介绍了催化剂的失活原因和再生方法，VOCs催化氧化过程中其它气体组分的影响和VOCs催化氧化的机理。同时，我们也简要介绍了浙江大学大气污染控制研究团队关-T-VOCs治理方面的研究进展。关键词挥发性有机废气催化氧化催化剂综述1前言VOCs(VolatileOrganicCompo

2、unds，挥发性有机化合物)是石油化工、制药、印刷、喷漆等工业生产过程和机动车辆排放的常见的污染物之一。随着工业的发展，VOCs排放量与日俱增，具有范围广、排放量大等特点，其治理已成为当前国际环境的热点之一，相关环境立法也日趋严格。VOCs是一类疏水及持久性有机污染物，易在含脂肪丰富的组织中蓄积，且大多具有致癌、致畸、致突变性，对环境具有潜在危害【l】，多种VOCs已被美国国家环保局列为优先控制和优先监测【2叫的污染物，如卤代烷烃、氯烯烃、氯芳烃、芳烃及其氧化产物和氮化产物等。有机废气的处理技术大致可分为两大类：一是回收，适用于较高浓度有机废气的治理，常

3、用的措施有：吸附、冷凝和吸收等：二是销毁，常用的有燃烧、生物净化和催化氧化等pJ。有机废气的回收处理技术中，吸收法多数情况下需要较大能耗来再生吸收液，否则会造成二次污染。冷凝法只适用于高浓度有机废气的预处理，但若要将有害物质浓度降低到较低水平，所需要的费用昂贵。吸附法【6，”也存在吸附剂的再生问题，工业上吸附法多与其它技术联合使用时才具有经济可行性。膜分离法f8]需要压力差作为推动力，若分离操作前后工序本身不存在压差时，也需较大能耗来完成操作。有机废气的销毁处理技术中，生物法【9’101因占地面积大而使其应用受到限制，受生物品种限制，有多种有机物非生物法

4、所能处理，另外由于研究时间不长，其机理、工艺与工程等很多方面还有待进一步探索。等离子体催化氧化法、微波催化氧化法【5】和光催化氧化⋯’12J还处于实验室研究阶段，其中还有很多问题，如电子加速器的运行的稳定性等，现在难以解决，离：一f：业应用还有相对长的一段距离。目前已．r业实际运川的燃烧法操作费用高昂，l：艺条件控制不当易产生二次污染物，温度过低燃烧不完全产生_二噬英，温度过高时又会产生NO、等，不宦处理较低浓度的有机废气。在这些VOCs处理技术中，催化燃烧是在催化剂作用卜发生的氧化反应，可在较低温度卜，将废气中有害可燃组分氧化分解。相对_】i其它方法，

5、更高效=市能，减少了一：次污染。—_45伊一催化燃烧技术臼问世以来，由于操作温度低和易燃烧完全，成为目前最有应用前景的用于较低浓度的有机废气处理方法之一。2催化剂催化燃烧的研究发展是以催化剂为中，心的，合适的催化剂活性组分可降低反应的能垒，促进自由基的生成，使VOCs的催化氧化能在较低温度下进行，降低处理所需能耗。另外，合适的催化剂载体能更有效地捕获气相主体中的VOCs分子，并在单位比表面积提供更多的活性位，促进反应的进行。由于有机废气中常混有其它杂质气体，或因有机废气本身含有硫、氯、磷等杂原子，易引起催化剂中毒，所以近年来催化氧化研究的重点在于研制新型

6、的高效稳定的催化剂，期望同时提高催化剂的活性和耐毒性。另外，当催化剂置与载体之上后，具有一定的机械强度，并增大有效催化面积和减少烧结，提高催化活性和稳定性，故工程应用与研究中常使用固载催化剂。2．1催化剂活性相种类目前常使用的催化剂活性组分一般有三大类：(1)贵金属催化剂；(2)过渡金属氧化物催化剂：(3)复合氧化物催化剂。目前工业应用较多的活性组分是贵金属催化剂，如Pt、Pd、Au等【l3，14】，此类催化剂低温催化活性高，选择性好。贵金属催化剂虽然具有高的催化活性，但价格昂贵而且在处理卤素有机物或含N、S、P等杂原子的有机物时，易失活。为降低成本并提

7、高催化剂对毒物的耐性，人们转而研究非贵金属氧化物，常用的金属有铜、铈、镉、锌、铁、镍，钒、锰、钼等过渡金属或稀土金属【15，16】。在对过渡金属的研究中发现【1丌，Ⅷ族金属元素的d轨道电子处于半充满状态，容易得失电子而起到携氧的作用，促进了VOCs的氧化反应，因此受到了众多研究者的关注。Ferraz等【18】以不同种类的金属氧化物作为催化剂活性组分催化氧化苯，发现Co的可变价态很多，可形成多种氧化物，其变价过程利于催化氧化中的电子转移，活性明显高于其它金属。但研究表明，单一金属氧化物的催化活性尚不理想，反应温度升高时易发生相变，金属处于不同价态时活性差别

8、明显而导致催化效果不稳定；而复合氧化物之间由于存在电子调变等相互作用，更利于氧化