催化燃燒技術有可能成為VOCs治（zhì）理有應用前景（jǐng）的

在（zài）我國，VOCs已（yǐ）經作為一種汙染物開（kāi）始進行係統的防治，國內外對VOCs的治理技術也開展（zhǎn）了大（dà）量（liàng）的研究和實踐。VOCs的治理技術多種（zhǒng）多（duō）樣，在應用中應該根據工廠的實（shí）際情況做出（chū）合（hé）理的選擇。專家認（rèn）為，催化燃燒技術因起燃溫（wēn）度低、適用範圍廣、沒有二次汙染等特點成為有應用（yòng）前景的VOCs處理（lǐ）技術之一（yī）。

催化燃燒設備

揮發性有（yǒu）機化合物（wù）(VOCs)是空氣汙染的主要物質之一，能產（chǎn）生光化學煙霧，同（tóng）時也是PM2.5的重要前驅體。VOCs的治理技術主（zhǔ）要分為回收與銷毀兩大類，在這些治理技術中，催化（huà）燃燒技術由於起燃溫度低、適（shì）用範圍廣、沒有二次汙染等特點成為有應用前景的處理技術之（zhī）一。這篇文章綜述了VOCs治理技術，並著重介紹了催化燃燒VOCs的研究進（jìn）展。

揮發性有機（jī）化合物(VOCs)是指（zhǐ）室（shì）溫下飽和（hé）蒸氣壓大於70Pa、常壓沸點低於260°C的有機化合物。VOCs種類繁多，絕大部分具有刺激性氣味，能夠引起中毒、致癌作用，而且VOCs是形成光化學煙霧與大氣（qì）顆粒物質PM的重要來（lái）源。我國作為製造業大國，，其中工業（yè）生產排放的VOCs由於其（qí）排放濃度高、持續時間長、汙染物種類（lèi）多、對區域內的（de）空氣質量影響顯著，所以急需（xū）治理（lǐ）。

為了有效治理VOCs的汙染，國家製定了一係列法律（lǜ）法規。2016年1月1日起施行的修訂版《大氣汙（wū）染防治法》首次將VOCs納入監管範（fàn）圍（wéi），同時，首次將VOCs列入國家發（fā）展規（guī）劃中，計（jì）劃“十三五”期間，在重（chóng）點區域、重點（diǎn）行業，其排放總量（liàng）下降10%以上，預估共1000多萬tVOCs。目（mù）前我國VOCs排放量較高的地區（qū）主要（yào）是京津冀、長江三角洲和珠江（jiāng）三角洲這些經濟和工業比較發達的地區，VOCs逐漸成為這些地區大氣汙染治理領域（yù）的重（chóng）點。北（běi）京市率先進行VOCs排汙費的征收，其收費標準為20元/kg，高可達（dá）40元（yuán）/kg。至今已有北（běi）京、上海、河北、江蘇等16個省市陸續發布了揮發性有機物排汙費征收細則。

VOCs治理技術

在我國，VOCs已經作為（wéi）一種汙染物開始進行係統的防治，國內外對VOCs的（de）治理技術（shù）也開展了大量的研究和實踐，環保部也（yě）征集（jí）和篩選了一批VOCs汙染防治的先進技術，編寫了（le）(2016年國家先進汙染防治技術目錄（lù）(VOCs防治領域)》，其治理技術主（zhǔ）要（yào）分（fèn）為回（huí）收與銷毀。

回收技（jì）術

回收技術一般是通過物理方法例如改變溫度或壓力將有機物進行分離，包括吸收（shōu）、吸附、冷凝、膜分離等技術（shù），回收的VOCs可經過簡單純化後再度利用，或進行集中處（chù）理。

吸（xī）收技術是（shì）采用不易揮（huī）發（fā）的有機溶劑對廢氣進行吸收，將（jiāng）VOCs溶解在溶劑中。該技（jì）術能在（zài）有機廢氣流量大、濃度高時使用，但吸收劑循環運行的操作費用較高（gāo），限製了該技術的發展。吸附技術是使用活性炭、分子篩等多孑L吸附（fù）材料將廢氣中的VOCs吸附於吸附（fù）劑表麵，從而達到分離的目的。雖然吸附（fù）技術應（yīng）用（yòng）廣泛，但該技術隻適用（yòng）於低濃度VOCs，高濃度VOCs將導致吸附劑的（de）頻繁再生，不僅增加廢氣處理的成本，而（ér）且再生的過程也存在VOCs逃逸的危險。冷凝技術指將係統壓力增加或係統溫度降低，讓氣體中的VOCs冷凝成液體，從而將其除去。但冷凝過程需要低溫高壓，消耗的能量較大，而該技術對低濃度與低沸點VOCs淨（jìng）化效果（guǒ）不（bú）理（lǐ）想。膜（mó）分離技術是利用空氣和VOCs穿（chuān）透能力的不同或依靠膜的選擇性將氣體（tǐ）混合物中不同的（de）分子分離。但由於滲透膜價格昂貴（guì），主要應用於回收有價值的有機化合物。

銷毀技術

銷毀技（jì）術則是用微生物、熱或催化劑等化學或生（shēng）化（huà）反應將有機物分解成（chéng）無汙（wū）染（rǎn）的水、二氧化碳（tàn）等無毒無（wú）害的小分子（zǐ）化合物，包括生物技術（shù）、熱力焚燒、光催化與催化燃燒（shāo）技（jì）術。

生物技術（shù）的實質是微生物在新陳代謝中，將廢氣中（zhōng）的有機物分解為二氧化碳和水，同（tóng）時為自己（jǐ）提供能量。但微生物對生存環（huán）境要求（qiú）苛刻，且生（shēng）化反應的速率（lǜ）比較低。熱力焚燒技術是指將廢（fèi）氣溫度升高至著火點而將VOCs迅速燃燒為無害氣體。該法（fǎ）工藝簡單，處理效率高，但是在燃燒過程中，能量消耗（hào）巨大，同時高溫產生的氮（dàn）氧化物、有機物不完全燃燒產生的二惡英，都會造成（chéng）環境的二次汙染。光催化技術（shù）利用光催化劑在光照條件下，將VOCs分解為水和（hé）二氧化碳（tàn）等。由於（yú）光催化反應緩慢，效率（lǜ）較低，因此應用並不廣。催化燃燒技術（shù）指在低於著火點的溫度下，VOCs在催（cuī）化劑表麵迅速氧化為水（shuǐ）和二氧化碳。該技術因起燃溫度低、適（shì）用範圍廣（guǎng）、沒（méi）有二次汙染等特點成為有應用前（qián）景（jǐng）的VOCs處理技術之一。

組合技術

由於各（gè）個行業（yè）的VOCs種類、濃度和性質（zhì）等都有所差異，僅使（shǐ）用一種處理技術難以（yǐ）達到高效（xiào）率，因而（ér）常將多種技術進行有機的組合（hé），這類（lèi）組合處理技術具有較強的針（zhēn）對性和互（hù）補性，處理效果遠優於單一（yī）治理技術（shù），其中應用為廣泛的就是將（jiāng）吸附濃（nóng）縮技術與熱力焚（fén）燒或催（cuī）化燃燒技術進（jìn）行組合。該組合技術通過沸石轉輪（lún）的旋轉，在轉輪上（shàng）同時完（wán）成氣體的吸附與再生過程，將低濃度、大風量的（de）有機廢氣濃（nóng）縮為高濃度、小流量的濃縮氣體，濃縮後的VOCs進入蓄熱式的焚燒爐（lú）而將其焚燒或催化燃燒成水和二氧化碳。

這些（xiē）VOCs處理技術都有各自的優缺（quē）點，工藝中選用哪種技術應（yīng）視具體情況而定。盡管催（cuī）化燃燒（shāo）技術無（wú）法回（huí）收有用的VOCs，並且受其濃度及流量（liàng）的限製，但目前仍是治理VOCs有效（xiào）的（de）方法之一。

催（cuī）化燃燒處理VOCs

催化燃（rán）燒是有機氣體在較低的溫度下，於催化劑（jì）表麵發生無火焰燃燒而分解為二氧化碳和水（shuǐ）蒸汽，並釋放熱量。催化燃燒技術的核心是催化劑，要求催化劑具有（yǒu）較低的起燃溫度、較寬的溫度（dù）窗口以及良好的熱穩（wěn）定性和機械強度。催化燃燒VOCs催化劑（jì）按照使用活性組分的不同可以將分為兩大類：一類是貴金屬催化劑，包括（kuò）Pt、Pd、Au等;另一（yī）類是非貴金屬催化劑，包括Cu、Mn、Ce、Co、Fe等。

貴金屬催化劑

貴金（jīn）屬催化劑由於其催化（huà）活性高（gāo）、起燃溫度（dù）低，而被廣泛應用於VOC消除反應中。Huang等將Pd、Pt、Au、Ag、Rh負載於^y—A1203載體上，用於鄰二甲苯的催化燃燒反應，結果發（fā）現（xiàn）在相同的工（gōng）況下，其催化性能順序為：Pd>Pt>Ag>Rh>Au;而Jung等同樣將Pd、Pt、Ru負載於一A1203之上，察其對甲（jiǎ）醇的催化燃燒性能，從實驗結果的完全轉化溫度分析，其催化性能順序為Pt>Ru>Pd，這與Huang的（de）測試結果不一樣，說明對於不同的反應物，催化（huà）劑所（suǒ）呈現（xiàn）的性能存在一（yī）定的差異。

除了活（huó）性組（zǔ）分的種（zhǒng）類，活性組分負載於載體（tǐ）表麵的方法也對催化劑催化氧化VOCs效果有一定影響，如Walerczyk等分別用微波加熱法與（yǔ）共浸漬法製備了Pt/ZnA10用於催化氧化異丁烷，結果發現低負載量時，微波加熱法有助於Pt粒（lì）子（zǐ）的分散，而使得該方（fāng）法製得的催化劑性能優（yōu）於共浸漬法。貴金屬催化劑中，研究與應用比較多的主要是Pt與Pd催化劑，而Au催化劑也得到了一定研究（jiū）。Aboukais等通過對（duì）比不同（tóng）製備方法製備的Au/CeO：催化劑的理化性質及催化性能，認為活性金屬的高價氧化態是其高催化活性的主要原因，同時認為，這也是影響Ag/CeO催化劑性能的（de）主要原因。Ag催化劑在催化燃燒VOCs時，其催化性能並不突出，而多被（bèi）應（yīng）用於等離子體（tǐ）協同催化處理VOCs。

雖（suī）然貴金屬催化（huà）劑在催化（huà）燃燒VOCs方麵有很多優（yōu）點，但在水（shuǐ）蒸汽、鹵（lǔ）素存在的情況下，貴金屬催化劑會出現中毒失活的（de）情況。貴金屬催化（huà）劑熱（rè）穩定性差和抗毒性差等缺點，已經（jīng）不能完全滿足當（dāng）前日益嚴（yán）格（gé）的有（yǒu）機廢氣排（pái）放要求。

非貴金屬（shǔ）

非貴金屬過渡金屬活性不及（jí）貴金屬，它們一般通過相互摻雜或加入（rù）其他金屬氧化物，形成多組分複合金屬氧化物催（cuī）化劑。複合金屬氧（yǎng）化物（wù）催化劑往往比單一組分金（jīn）屬氧化物（wù）催化劑表現出更高的活（huó）性和更好的穩定性。顧歐昀等（děng）以CuO和MnO，為活性組（zǔ）分（fèn），通過相互摻雜用於催化燃燒甲苯。試驗結果發現，銅錳複合氧化物催化劑，尤其是摻雜（zá）低濃度銅的氧化錳，其（qí）催化燃燒甲苯的性能要優於單組份催化劑，究其根本原因是銅（tóng）物種與錳物種之間存在較強的相互（hù）協同作用，尤其（qí）是在催化活性較優的銅錳（měng）配比催化（huà）劑中形成了結晶度較低（dī）的尖（jiān）晶石結構。很多複合金屬氧化物催化劑之間都能產生（shēng）這種協（xié）同效應，如Mn—Ce氧化物、Mn—Cu氧化物、Ce—cu氧化物等。這些複合（hé）金屬氧化物在相互作（zuò）用的（de）過程中會形（xíng）成尖晶石(ABO)結構或鈣（gài）鈦礦(ABO)結構。

尖晶（jīng）石催化劑具有很好的活性與穩定性（xìng）。Hos.seini等製備了MCr2O4(M：Co，Cu，Zn)尖（jiān）晶石催化劑用於考（kǎo）察對異丙醇的催化性能，其中Zn—cr2O表現的性能為優異，這（zhè）可能是由於ZnO與ZnCrO之間的相互（hù）協同作用，使得催化（huà）劑表麵（miàn）具有大（dà）量的表麵氧與Cr¨一Cr6活性對，促進了（le）反應的進行。而ZnCr：O與CuC——O在（zài）15h內活性沒（méi）有明顯下降，其良（liáng）好的穩定性歸結於表麵出現的大量Cr離（lí）子。

Rezlescu等通過對比一係列尖晶石結構與鈣鈦礦結構催化劑催化燃燒丙酮的性能，發（fā）現鈣鈦（tài）礦結構催化劑的T95在300cC，而在這個溫度點，尖晶石結構催化劑活性隻有70%，這與鈣鈦礦的特定空間結構是密（mì）不可分的。鈣鈦礦結構中，B位為過渡（dù）元素離子，是催化劑的活性位;A位離（lí）子一般是稀土元（yuán）素或堿土金屬元素，用於保持鈣鈦礦骨架結構的穩定（dìng）性，但是A位元素價態（tài）的變化可以影響到（dào）B16位元素（sù）的價態，從而間接影響鈣鈦礦催化劑的（de）性能，而且A位與B位（wèi）都可以進行離子摻雜，產生多種對（duì）催化反應有利的畸變和晶格缺陷。

過渡金屬催（cuī）化（huà）劑的性能受水蒸汽的影響很大。Li等用CuMnO催化氧化甲苯時，當（dāng）在反應氣體（tǐ）中加入少量水蒸（zhēng）汽後（hòu），其活性明顯降低，因為氣體中的水分子會吸附於活性位點（diǎn）且不易脫附，造成能夠催化氧化甲苯的活性位點大量減少，從而（ér）降低（dī）催化劑的（de）性能。

多組分VOCs催化（huà）燃燒

大多的研究都隻選用單種VOCs氣體進行性能測試，而在實際的工業生產中排放的廢氣往往含（hán）有多種（zhǒng）VOCs成分，多組分VOCs混合催化氧化（huà）與單組分VOCs氧化不（bú）同。多組分反應時低（dī）燃點組分反應生成的熱量能為後續的反應提供能量，而使得各組分轉化率提高。

但He等將Pd/SBA一15催化劑用於催化苯、甲苯、乙酸乙（yǐ）酯兩兩混合的氣體時發現，混合氣（qì）體的活性要低於單一氣體；Jin等將甲苯、乙酸乙酯、二氯甲（jiǎ）烷三組分混合氣體經Pd/Cr：O一ZrO催化氧化（huà），發現（xiàn）其性能不及催化氧化單組份氣體的性能。這是由於催化（huà）劑上（shàng）催化氧化VOCs的活（huó）性位點是一樣的，所以在催化（huà）過程（chéng）中，不同的VOCs之間在會產（chǎn）生競爭吸附（fù）而導致（zhì）各組分活性（xìng）降低，這也是VOCs催化燃燒技術（shù）的一大難題。

展望

VOCs的治理技術多種多樣，在應用中應該根據工廠的實際情況做出合（hé）理的選擇，將多種治理技術有機的結合應用將成為今後（hòu）的熱點，其中催化燃燒（shāo）技術因（yīn）起（qǐ）燃溫度低、適用範圍廣、沒有二次汙染等特（tè）點成為有（yǒu）應用前景的VOCs處理技術之一。

作（zuò）為催化燃燒VOCs的核心，貴金屬（shǔ）催化劑雖然催化（huà）性能優異（yì），但昂貴的價格限製了它的應用，如何有效的提（tí）高貴金屬的抗中毒性、穩定性以及（jí）在性能（néng）不變的情況（kuàng）下實現貴金屬的超低量負載將（jiāng）是以後的研究方向;非貴金屬催化劑雖（suī）然價格便宜，但性能不及貴金屬催化劑，今後的研究方向應是提（tí）高其催化活性。而如（rú）何減少多組分VOCs在反應過程中（zhōng）的競爭吸附將是（shì）催化燃燒技術的主要挑戰。

催化燃燒技術有可能成為VOCs治理有應用前景的

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