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1、12川化2006年第2期VOCs催化燃烧技术催化剂厂谭明侠王国军谢建川摘要对催化燃烧技术处理有机废气的基本原理、特点以及催化剂、燃烧动力学、工艺流程和应用等研究进展进行了综述。关键词催化燃烧有机废气催化剂挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds,在95%以上,最终产物为无害的CO2和H2O(杂[1]简称VOCs)是石油化工、制药、印刷、喷漆、制原子有机化合物还有其他燃烧产物),且由于燃鞋等行业排放废气中的主要污染物。该类有机物烧温度低,能大量减少NOX的生成,因此不会造大多具有毒性并伴有恶臭,部
2、分还可以致癌,且多成二次污染。数VOCs对臭氧层有破坏作用。传统的有机废气3催化剂及催化燃烧动力学净化方法有吸附法、冷凝法和直接燃烧法等,但它3.1催化剂种类们有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度燃烧型催化剂的种类比较多,按活性成分大和温度限制的缺点。而新兴的催化燃烧技术已由[2～3]体可分为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂实验阶段走向工程实践。和复氧化物催化剂3大类。1催化燃烧的基本原理3.1.1贵金属催化剂催化燃烧是典型的气2固相催化反应,其实质Pt、Pd、Ru等贵金属对烃类及其衍生物的氧是活性氧参与深度
3、氧化作用。在催化燃烧过程化都具有很高的催化活性,且使用寿命长、适用范中,催化剂的作用是降低反应的活化能,同时使反围广、易于回收,因而是最常用的废气燃烧催化应物分子富集于催化剂表面,以提高反应速率。剂。如我国最早采用的Pt2Al2O3催化剂就属于此借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件类催化剂。但由于其资源稀少、价格昂贵、耐中毒下发生无焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O,同性差,因此,人们一直在努力寻找替代品,尽量减时放出大量热。少其用量。3.1.2过渡金属氧化物催化剂2催化燃烧的特点作为贵金属催化剂的取代品,氧化
4、性较强的2.1起燃温度低,节省能源过渡金属氧化物对CH4等烃类和CO的氧化都具有机废气催化燃烧与直接燃烧相比,具有起有较高的催化活性,同时成本较低,常见的有燃温度低、能耗低的显著特点。在某些情况下,催MnOx、CoOx和CuOx等催化剂。大连理工大学研化燃烧达到起燃温度后便无需外界供热。制的含MnO2催化剂,在一定条件下能消除2.2适用范围广CH3OH蒸汽,对C2H4O、C3H6O、C6H6蒸汽的清除[5]催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气也很有效果。及恶臭气体。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行3.1.3复氧化物
5、催化剂业排放的低浓度、多成分、无回收价值的废气,采一般认为,复氧化物之间由于存在结构或电用吸附2催化燃烧法的处理效果更好。子调变等相互作用,其催化活性比相应的单一氧2.3处理效率高,无二次污染化物要高。复氧化物催化剂主要有以下两大[6]用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都类。2006年第2期川化13(1)钙钛矿型复氧化物(2)抑制催化反应。卤素和硫的化合物易与稀土与过渡金属氧化物在一定条件下可以形活性中心结合,但这种结合是比较松弛、可逆且暂成具有天然钙钛矿型的复合氧化物,通式为时性的,当废气中的这类物质被去除后,催
6、化剂活ABO3,其活性明显优于相应的单一氧化物。A为性可以恢复。四面体型结构,B为八面体形结构;A和B形成交(3)沉积覆盖活性中心。不饱和化合物的存替立体结构,易于取代而产生晶格缺陷,即催化活在可导致炭沉积,此外,陶瓷粉尘、铁氧化合物及性中心位,表面晶格氧提供高活性的氧化中心,从其他颗粒物堵塞活性中心后,也会影响催化剂的[9]而实现深度氧化反应。常见的该类型催化剂有吸附与解吸能力,导致催化剂活性下降。BaCuO2、LaMnO3等。3.3.2催化剂失活的防止(2)尖晶石型复氧化物对催化剂活性的衰减,可以采取下列相应的尖
7、晶石型是复氧化物的一种重要结构类型,措施加以防止:①按操作规程正确控制反应条通式为AB2O4,具有优良的深度氧化催化活性。件;②当催化剂表面结炭时,应吹入新鲜空气,以如对CO的催化燃烧起燃点约为80℃,对烃类亦提高燃烧温度,烧去表面结炭;③将废气进行预可在低温区实现完全氧化;研究最为活跃的处理,以除去毒物,防止催化剂中毒;④改进催化CuMn2O4尖晶石对芳烃燃烧的催化活性尤为出剂的制备工艺,提高催化剂的耐热性和抗毒能色[10],使C7H8完全燃烧只需260℃,实现了低温催力。化燃烧。尖晶石型复氧化物具有的低温催化燃烧
8、3.4燃烧动力学特性具有特别现实的意义。当有机废气在金属氧化物催化剂上燃烧时,3.2催化剂载体及负载方式CnHm的氧化反应是经过表面氧化还原作用循环[7]VOCs净化催化剂的载体主要有两类:一实现的。反应机理[11]如下:类是球状或片状;另一类是整体式多孔蜂窝状。kiRi+氧化态催化剂还原态催化剂+产物(1)催化剂活性组分可通过下列方式沉积在载
