揮發(fā)性有機(jī)化合物凈化催化劑研究進(jìn)展 論文

1、揮發(fā)性有機(jī)化合物凈化催化劑研究進(jìn)展揮發(fā)性有機(jī)化合物凈化催化劑研究進(jìn)展 論文論文 關(guān)鍵字：化合物 氧化物 活性 催化燃燒 凈化 揮發(fā)性 燃燒 催化劑 催化 載體 摘要：介紹了揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的危害及催化燃燒法和還原催化脫鹵法凈化 VOC 的優(yōu)勢(shì)，著重討論了催化燃燒催化劑的種類，進(jìn)展和存在的問題。 關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)化合物 催化燃燒 還原催化脫鹵 催化劑 揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，簡(jiǎn)稱 VOC）是指在常溫下飽和蒸氣壓約大于 70 Pa，常壓下沸點(diǎn)低于 260 的有機(jī)化合物。這些易揮發(fā)性物質(zhì)是石油化工，制藥工業(yè)，印刷工業(yè)，涂料裝飾業(yè)，表面防腐等

2、行業(yè)排放廢氣中的主要污染物1。 VOC 的危害主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面25，一是大多數(shù) VOC 有毒、有惡臭，對(duì)人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用，對(duì)心、肺、肝等內(nèi)臟及神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響，甚至造成急性和慢性中毒，可致癌、致突變。二是 VOC 可破壞大氣臭氧層，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧及導(dǎo)致大氣酸性化。世界各國(guó)都通過立法不斷限制 VOC 的排放量，如美國(guó)凈化大氣法強(qiáng)調(diào)在未來幾年要減少 189 種有毒化學(xué)品 90%的排放6，其中 70%的化學(xué)品是揮發(fā)性有機(jī)化合物。根據(jù) VOC 消除的難易程度，可以將其分為非鹵化揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）和鹵化揮發(fā)性有機(jī)化合物（CVOC）兩類。對(duì)于有機(jī)廢氣的治理，主要有直接燃燒法和

3、催化燃燒法7。直接燃燒法反應(yīng)溫度多在 1000 以上，能耗高，易產(chǎn)生 Cl2、COCl2、NOX、多氯二苯呋喃等有毒副產(chǎn)物。而這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境的危害更大。目前 VOC 最有效的凈化方法是催化燃燒法810，該法具有輔助燃料費(fèi)用低、操作溫度低、設(shè)備體積小、VOC 去除率高、無二次污染物等優(yōu)點(diǎn)，而且可操作性強(qiáng)，因此在控制污染排放物方面變得愈加重要。 1 VOC1 VOC 催化燃燒催化劑催化燃燒催化劑 用于 VOC 凈化燃燒的催化劑，應(yīng)具備在一定燃料/空氣比下起燃溫度低、轉(zhuǎn)化率高、低溫高活性、壽命長(zhǎng)等特性。所使用的載體應(yīng)具有大比表面積、低阻力、耐高溫和熱穩(wěn)定性等性能。由于排放的有機(jī)廢氣成分復(fù)雜，催化劑的

4、服役條件惡劣，如何制備高性能催化劑是 VOC 催化燃燒凈化技術(shù)的關(guān)鍵。目前，VOC凈化催化劑一般有貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和貴金屬-過渡金屬氧化物催化劑12。 1.1 貴金屬催化劑 貴金屬催化劑具有低溫高活性和起燃溫度低的特點(diǎn)，對(duì) S 的抗毒性也強(qiáng)于金屬氧化物催化劑13。在工業(yè)中常用的貴金屬催化劑有 Pt、Pd 等。Pt 和 Pd 對(duì)不同反應(yīng)物呈現(xiàn)的活性還有差異，對(duì) CO，CH4及烯烴的氧化，Pd 優(yōu)于 Pt；對(duì)芳烴氧化，兩者相當(dāng)；對(duì) C3以上直鏈烷烴氧化則 Pt 優(yōu)于 Pd14。貴金屬催化劑對(duì)VOC 催化氧化的活性順序?yàn)椋阂掖家胰┓枷阕逋姿猁}鹵代烴烷烴9。 表表 1 1 催化氧化催化

5、氧化 VOCVOC 的貴金屬催化劑的貴金屬催化劑 催化劑 2 2 燃燒催化劑載體材料燃燒催化劑載體材料 為改善和提高燃燒催化劑的催化性能，對(duì)催化劑載體材料也進(jìn)行了大量的研究。-Al2O3、-Al2O3、分子篩、硅膠、堇青石等為使用較多的載體材料，它們多為球形、圓柱體、條形、不規(guī)則顆粒以及環(huán)形等，在燃燒催化劑中使用陶瓷蜂窩載體也十分普遍。 2.1 普通氧化物載體 普通氧化物一般有 -Al2O3、SiO2、CeO2、Cr2O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3等。-Al2O3應(yīng)用廣泛但耐熱性差，堇青石(2MgO2Al2O35SiO2)的耐熱性好，熱膨脹系數(shù)小，是燃燒催化劑的優(yōu)良載體。但由于其比表面積

6、小(12 m2/g)，使它所負(fù)載的燃燒催化劑的催化活性受到限制。若表面涂覆 -Al2O3層，可以增加其比表面積，仍存在諸多缺點(diǎn)。若涂覆 LaAlO3層，可以促進(jìn)燃燒催化劑活性組分(鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，如可避免較活潑的鈷離子和 -Al2O3結(jié)合生成燃燒活性很差的尖晶石型化合物(若以 LaCoO3為活性組分)。因此，從實(shí)際應(yīng)用考慮，可選擇 LaAlO3作為燃燒催化劑的第二載體，提高催化劑的耐熱性和活性34。 CeO2、TiO2、ZrO2等氧化物在催化劑中即起載體和助劑的雙重作用，即減了少貴金屬用量，又改變催化劑的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，提高催化劑活性和穩(wěn)定性。CeO2是應(yīng)用最廣泛的稀土氧化物添加劑，其作用表

7、現(xiàn)在以下幾個(gè)方面29：1)穩(wěn)定活性氧化鋁涂層；2)對(duì)貴金屬具有助催化作用，提高貴金屬的表面分散度；3)促進(jìn)水汽轉(zhuǎn)移反應(yīng)：H2O+CO = CO2+H2，水汽轉(zhuǎn)移反應(yīng)能夠促進(jìn) NO 的還原，在水蒸汽存在下提高 NO 的轉(zhuǎn)化率；4)由于其出色的氧存儲(chǔ)能力富燃條件下釋放氧，貧燃條件下吸收氧，起到擴(kuò)大空燃比窗口的作用，提高催化劑在工況下的活性；5)提高催化劑的抗中毒能力；6)提高催化劑載體的機(jī)械強(qiáng)度，能夠起到穩(wěn)定晶型結(jié)構(gòu)和阻止體積收縮的雙重作用。ZrO2，TiO2和堿土金屬氧化物(如 BaO，CaO 或 SrO)等都是防止 Al2O3熱退化的常用助劑。某些非稀土金屬能充分發(fā)揮貴金屬的性能，如 Ba 可

8、有效避免 CeO2因高溫熔結(jié)而晶粒長(zhǎng)大，Mo 可穩(wěn)定 Pt 的分散度。29 2.2 分子篩載體 用于 VOC 催化劑載體的分子篩有 Y、HY、SY、SY-A、ZSM-5、SAPO-5 等類型。從表1 中的數(shù)據(jù)可看出，硅酸 Y 型分子篩（SY-A）的性能比其它類型的更好。（1）SY-A 載體的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，在水蒸氣中具有高活性。由于SY 型結(jié)構(gòu)因水蒸氣流或高溫加熱脫去 Al 遭破壞，且 SY-A 穩(wěn)定的微孔結(jié)構(gòu)可有效阻止 -Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)?-Al2O3。SY-A 在 1200 加熱 4h后比表面積為 514 m2/g，是未加熱前的 90%；在 1000 100%水蒸氣下，能保持完整的結(jié)構(gòu)。（2）

9、SY-A 載體不同于普通的 Y 型沸石，負(fù)載的 Pd 原子和分子篩籠中的 Al 強(qiáng)烈作用，使大量 Pd 原子在保持原子態(tài)。因此，考慮到以上二點(diǎn)，SY-A 可作為耐高溫催化燃燒的理想載體。17 3 VOC3 VOC 還原催化脫鹵催化劑還原催化脫鹵催化劑19 還原催化脫鹵法最大的優(yōu)點(diǎn)是可減少有毒副產(chǎn)物的生成，該法以 H2為還原劑在催化劑的作用下脫去鹵化物中的鹵素，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為無害或易凈化的物質(zhì)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。以氯苯為探針分子，在不同催化劑的作用下，氯苯催化脫氯反應(yīng)很容易進(jìn)行，可將氯苯定向轉(zhuǎn)化為苯或是無害的環(huán)己烷。 表表 7 7 催化劑對(duì)氯苯脫氯催化劑對(duì)氯苯脫氯 催化劑 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1

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