催化燃烧处理VOCs嘉特纬德催化燃烧设备所用催化剂讲解

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。

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。

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。

展望

VOCs的治理技术多种多样，在应用中应该根据工厂的实际情况做出合理的选择，将多种治理技术有机的结合应用将成为今后的热点，其中催化燃烧技术因起燃温度低、适用范围广、没有二次污染等特点成为最有应用前景的VOCs处理技术之一。

作为催化燃烧VOCs的核心，贵金属催化剂虽然催化性能优异，但昂贵的价格限制了它的应用，如何有效的提高贵金属的抗中毒性、稳定性以及在性能不变的情况下实现贵金属的超低量负载将是以后的研究方向;非贵金属催化剂虽然价格便宜，但性能不及贵金属催化剂，今后的研究方向应是提高其催化活性。而如何减少多组分VOCs在反应过程中的竞争吸附将是催化燃烧技术的主要挑战。