《催化燃烧技术与催化材料在VOCs治理方面研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《催化燃烧技术与催化材料在VOCs治理方面研究进展.docx（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、全国气体净化信息站2007年技术交流会论文集195催化燃烧技术与催化材料在VOCs治理方面研究进展左满宏。吕宏安(西北化工研究院，陕西西安710600)摘要：介绍了VO厶对人类环境和健康造成的危害。概述了工业应用中常用于治理有机废气的催化燃烧技术的基本原理、特点及相关催化剂的研究现状，指出此类催化剂应朝着提高低温活性、热稳定性、抗毒能力和价格低廉的方向发展。关键词：VOcs；催化燃烧；催化剂挥发性有机化合物(Vo舢k Orgic c0“pounds及膜分离等；常见的销毁技术主要有光催化降解、生简称VOcs)是指在常温下饱和蒸汽压约大于70Pa。物降解、等离子体技术、直接燃烧法、催化燃烧技术常压
2、下沸点低于260的有机化合物。VOcs来源等。通常工业排放废气中Vocs浓度在1002 000于石油化工、制药工业、印刷工业、涂料装饰业、表面gm3之间，对这样中低浓度的vOC8，催化燃烧是最防腐、交通运输等行业排放废气的主要污染物，是一经济和有效的治理方法。一些先进的工业国如欧洲类重要的大气污染物，对环境有巨大的破坏作用。各国、美国、日本等大量使用催化燃烧技术国内有一些VOCs(如氯氟烃)微量时就足以破坏臭氧层许多石化企业、高等院校和科研单位也开展了催化引起紫外辐射增多和地球升温。更为严重的是，燃烧技术的研究，催化燃烧技术越来越受到人们的VOCs与NOz在阳光下会发生光化学反应，并在因重视2
3、一”。一定的气象、地理条件下形成光化学烟雾。光化学1催化燃烧技术烟雾一旦形成，就会对周围植物造成严重的危害，并燃烧技术最初采用的是直接燃烧法，VOcs在引超人体强烈的呼吸障碍和增加呼吸系统疾病。而较高的温度下快速地转化为C02和H：O，其脱除效且某些V0c8甚至具有强致癌性和基因毒性。给人率可超过99。但是直接燃烧法所需温度较高许类的生命和健康带来严重威胁。多VOcs在直接燃烧时起燃温度都在500以上，随着工业的发展和人们生活水平的提高，vOCs使得直接燃烧法仅使用于治理高浓度vOcs的废的排放量与日剧增，并具有范围广、排放量大等特气，因为当高浓度的有机废气在氧化过程中所放出点。1990年美国
4、通过了“清洁空气修正案”和“污染的热量能维持体系温度达到氧化所需的温度时，氧防止案”，提高了废气排放标准，将工业生产中的化反应才能持续下去。如果有机废气中的V0c8含189种污染物列为有毒污染物，其中70的化学品量较低，要将其中的v0Cs氧化掉，就要将废气直接为VOCs”。我国在1997年1月1日开始实施的加热到很高温度，这种情况下。许多能量消耗在加热中华人民共和国国家标准大气污染物综合排放标空气上，而且温度高易产生N0，造成二次污染。为准也规定了VOCs排放较严格的标准。克服这些缺点，催化燃烧技术得到了广泛应用。Vocs对环境和人体健康的严重威害，引起了催化燃烧法一催化燃烧是借助催化剂在低起
5、燃世界各国的高度重视。VOC8的治理也成为当前国温度下(200一300)进行无火焰燃烧，并将有机废际环境的热点之一。其处理方式有回收技术和销气氧化分解为二氧化碳和水的技术。催化燃烧的实毁技术。常见的回收技术主要有吸附、吸收、冷凝以质是活性氧参与的剧烈的氧化反应，催化活性组分196全国气体净化信息站200r7年技术交流会论文集将空气氧活化，当与反应物分子接触时发生能量传作活性组分的研究也很活跃。SALVADOR OrdoNez ，反 物分子被活化，从而加速氧化反 的 行。等【51研究了Pt 在yAl：03上 苯和甲苯的催与一般的火焰燃 相比，催化燃 有着不可比 的化燃 性能。 化率50 的温度随
6、苯和甲苯 越性，因此催化燃 在有机 气治理、能量的回收口 度的提高而提高，苯和甲苯的完全 化温度都利用和 方面受到人 的普遍关注H J。在200以下。Y呦wa等哺1研究了Pt负载在不同催化燃 理有机 气的 点在于：(1)起燃的 体材料 丙 低温燃 活性的影响， 果表明：温度低，能量消耗少，甚至达到起燃温度后无需外界催化活性因 体材料不同而不同，当Pt 在酸性传热就能完成氧化反应。例如PdO是cH完全氧 的 体上 示出 高的活性。双 金属催化化的活性组分，以m：O，担载的Pd甲烷氧化起燃温 PtPdAl：O，被 是完全氧化CO和碳 化合度 200，以CuO和C030担 的PdO上甲 的物Pt催化
7、 的最佳替代催化 。m等o研究了氧化起燃温度 300左右，而且 种低温下的催Pt，Pd比例 PtPd7一Al：O，催化 活性和 定化燃 可减少NO；气体的生成；(2)使用范 广。性的影响， 恰当的PPd原子比下，PtPd 存催化燃 几乎可以 理所有的 有机 气及 臭在 同效 ，活性 分高度分散，小 粒的形成以及气体，它适用浓度范围广、成分复杂的各种有机废气 粒尺寸的均匀分布使得双金属催化 的活性和 理。 于有机化工、涂料、 材料等行 排放的定性 分Pt或Pd高。 金属催化 催化燃低 度、多成分，又没有回收价 的 气，采用吸附 具有高活性，但活性受多种因素的影响如 体种一催化燃 法的 理效果更好
8、。一般有机 气的 、 粒粒径、催化 的 理、活性 分的 量化率都在95以上；(3)适 氧 度范 大， 化效等影响因素。其优点是具有较高的比活性、低温活率高，无二次 染，且燃 和，运 用少，操作管性。缺点是价格昂 和 源短缺。理方便，可 周期运行，并可回收 ，降低 理成22金属氧化物催化 本。在 上是合理可行的。金属氧化物催化 可分 一金属氧化物和复2催化 合金属氧化物。催化燃 反 的核心是 合适的催化 。 221 一金属氧化物催化燃 催化 的一般要求是：在一定的燃料空气一般 ， 一金属氧化物催化 活性不如复比下 具有低的起燃温度；在最低 温度和最大合金属氧化物催化 ，原因是起燃温度太高，催化燃
9、 条件下仍能保持完全 化率；燃 反 是放 性能不 理想。 甲苯燃 的催化活性 序大致反 ， 放出大量的 可使催化 的表面达到500 ：C0304Cr203MN203CuONiOM003l Ooo的高温，而催化 容易因熔融而降低活ViO：。 勇等一1以阳极氧化的氧化 体，性，所以要求催化 能耐高温。通常催化燃 VOCs通过甲苯的催化燃烧性能考察，结果表明：以用的催化 主要集中在 金属催化 和金属氧化物MNO。Al：O，的性能最佳，甲苯完全 化温度大于催化 。450。I曲s8 H等【1叫研究了氧化物 体上乙醇氧21 金属催化 化的活性 序 Fe203Fe304CaOTi02Si02，早期催化燃 是
10、以 金属作 催化 ，以甲 、在TiO：上 物以丙 主，在Fe：03上以乙酸乙 一氧化碳等低碳 作 底物，重点是基 理 的探 主。 乙 的完全氧化来 ，其活性 序如下：索研究。 金属催化 主要有Rt，Pd，Ru，Rh，It，AuCu0一Cr203A1203(145)Fe203；C030(470等。但在催化燃 工 用中常用的是Pt，Pd和)Cr20，(560)； 乙 中混有CO来 ，其活fUh。作 催化 的 金属常 于 体上使得 性 序 C03 04(CuOCr203A1203(65金属呈高分散状 ， 体不 起 构支撑作用。而且)Fe203(155)CuO(205)Cr203具有 体效 。Pt和P
11、d 不同的反 物表 出不(335)11l。同的活性。 一氧化碳、 和甲 的氧化 程而222复合金属氧化物言，Pd比Pt活性高；对芳烃的氧化，两者相仿；对C3一般 。复合金属氧化物之 由于存在 构以上直 的氧化，Pt比Pd活性好。目前。 Au或 子 等相互作用，活性比相 的 一氧化物全国气体净化信息站2007年技术交流会论文集197要高。主要有以下两大类：(1)钙钛矿型复合氧化度，催化活性均比单纯的过渡氧化物催化剂活性高。物。钙钛矿型复合氧化物因具有天然钙钛矿(CaB3催化剂载体iO，)结构而命名，与之相似的结构有正交、菱方、四载体在催化剂中起着重要的作用，催化燃烧反方、单斜和三斜构型。稀土与过
12、渡金属氧化物在一应多发生在催化剂表面，因此需要将催化剂的活性定条件下可以形成具有天然钙钛矿型的复合氧化组分负载在载体上以获得大的比表面，不仅可以减物，通式为ABO，其活性明显优于相应的单一金属少活性组分的用量，也可增加催化剂比表面，同时提氧化物。这种催化剂的耐热性好，活性高，结晶构造高机械强度、热稳定性和活性。常用的载体主要有中的A为La，Sr，Ce等稀土元素，B为Co，MN等过金属氧化物载体A1203，Tj02，si02，z曲2，MgO，w03，渡金属。一般A为四面体型结构，B为八面体型结Fe203等；分子筛载体如：Y，HY，SY，sYA，SAPO构，这样A和B形成交替立体结构，易于取代而产
13、一5，zSM一5，MCM一4l等类型；和孔内涂有A1203生品格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体51。活性的氧化中心，从而实现深度氧化反应。大量的4结语研究工作表明，Ldo。Sr02Mn03和。Sr02CoO，在同类氧化物中具有最优良的性能，可与贵金属催化剂相比，单一的这类氧化物比表面积小，机械强度也不高，实际应用中常负载在合适的载体上。薛屏等副将kBSro2Mn03和战8Sro2C003负载在7一Al：O，上，用二甲苯完全氧化反应为探针，考察了其性能。研究认为用浸渍法制备的k。Sro：MnO，yAl：O，催化剂对二甲苯具有良好的活性，而。sr02coO，yA1
14、：O，催化剂活性差，不适合用浸渍法制备。即使yAl：O，表面预先涂布了h：O，层，使催化活性有所改善，但仍不能作为一种理想的燃烧催化剂。钙钛矿型复氧化物还有如：IJaCoO，hMn03，LaFe03，IJaFel一，Cu，03，Lao7 Sr03 Mn03，Ldo，Sr0。Ni。一，Cu，O，等也进行了相关研究报道。(2)尖晶石型复合氧化物。作为复合氧化物重要的一种结构类型，以AB：O表示尖晶石亦具有优良的深度氧化催化活性。杨玉霞等列制备了具有尖晶石结构的CuFe：O复合氧化物催化剂，通过对乙醇的催化燃烧反应考察了其活性。结果表明，铁酸铜尖晶石对乙醇燃烧具有较高活性和选择性。少量co的引入，使
15、得CuFe：O活性和选择性都有所提高，乙醇可在约229达到完全转化，燃烧产物中没有发现乙醛副产物生成。余凤江等刮采用共沉淀法制备了cuMnCezr复合氧化物催化剂，考察了对苯燃烧的催化活性，结果表明，具有优良催化活性，完全转化温度只有182。还发现铜和锰复合氧化物本身就具有较好的催化活性，但自燃时间较短。添加氧化铈后，由于具有储氧功能，增加了催化剂的吸附氧量，并且使CuO、MnO容易生成CuMn：O。尖晶石结构，降低了起燃温度和自燃温VOCs(挥发性有机化合物)对环境和对人类健康的危害，已引起社会公众的普遍关注，其治理已迫在眉睫。在VOCs的处理中，催化燃烧法则是目前最常用的销毁技术，也是最直
16、接、经济有效的技术。催化剂在治理VOCs污染中起关键作用，因此针对不同工况和有机废气开发出高活性、高稳定性、抗中毒性和价格低廉的高效催化剂，对现今减轻大气污染环境具有重大的现实意义和应用前景。参考文献：l Taylor S H，Henegh卸C S，Hutcllin伊GJ，HudsI D，C砒舳I Dnetiv畸蛐d mech撕8m 0f啪面衄。五decatalyst8 fordle商dative destmctioN 0f volame orgaNicc伽pouNd8Jcataly8i8删ay，2000，59：2492592nlsoN Chu，Hass锄Windawi，Joh脚nM砒they
17、ContmlVoc8 Via catal”ic o】【idationJchemical EngirIee面【IgPmgres8。1996：37433 张中安，刘忠生等催化燃烧法处理聚对苯二甲酸乙二醇酯生产废气J化工环保，2003，23(6)：3413434 杨玉霞，肖利华，徐贤伦负载型钯催化剂上甲烷催化燃烧的研究进展J工业催化，2004，12(3)：l一55 Salvador Ordonez。Usardo BeUo，He皿iIIio S舶tm，et a1 1(inetics 0f tIle deep弧id砒ion of benz曲e，tolue鹏，N hex册e阻d their binary
18、mi】【tIl瑚over B platinum on 7一dluIni眦taly吼JAppl catal E而ro脚印t8l。2002，38：1391496 Y呦wa Y，诎蟛N，Yhida H，et a111le support e=tprop眦咖bdover phtin岫龃talyst：Co呻心oftlle弧i捌一r鹄i8tallce 0fplalinum bytlleid 8讹ng山0f8upport mateIialsJAppl Catal A，2002，233(12)：103一1127 l(im H S，lim T W，：oh H L，et a1complete ben踞北oxi19
19、8全国气体净化信息站27年技术交流会论文集出don ov盯nPd bimetal cd试y砒8“PP0删硼7一d11mi-12薛屏，沈岳年，孙燕华，胡瑞生Uls功MnO，和眦：III丑砒rIce“PtPd mtio蚰tlle c砒alytic舭“vityJ：coo，在7一Ak仉上的载体效应研究J】分子催ApPl clal A。2005280(2)：125一13l化，1998，12(6)：4244288李慧卿阳极氧化不锈钢膜担载贵金属催化剂的vOc813杨玉霞孙鲲鹏，丘彦明，徐贤伦铁酸盐催化剂上乙醇燃烧反应括性研究D浙江大学分析化学系，2004的催化燃烧J】分子催化。2006，30(1)；343
20、89应卫勇suNGKONO I E，龟山秀雄MNcuOA12q催14余风江张丽丹苯催化燃烧反应cuMncezr一0化剂上的催化燃烧及其动力学研究J华东理工大学催化剂催化活性的研究J北京化工大学学报，2001学报1999。6：63663928(4)：677210 Hdd日8 H，SeebaIler E GJ MoI C丑tal。2000。1S2：20121215谢云龙，麻锦达，贾爱平等堇青石直接负载过渡金属氧1lHoh L J E，P妣icia Gus跎y。玎don R B。spec击嘶0f化物催化剂的VOc8催化燃烧研究第十届全国青年催cataly出for tlle oxid“叽af Carbon Mon咖de E岫1ene化学术会议论文集c】呼和浩特，2005，“一65Mixtum【J】J c砌，19“，3：45l一460