摘要：现如今，在挥发性有机化合物的处理中，催化燃烧技术多样化、适用范围广。本文从贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂、催化作用机理和水蒸汽的影响等几个方面进行概述。
关键词：催化；燃烧技术；挥发性；有机化合物；研究进展
1.催化燃烧技术处理概述
催化燃烧技术是将有机化合物气体在较低的温度下，在催化剂的表面发生无火焰燃烧，彻底分解为水蒸汽与二氧化碳，同时释放热量。要求催化剂能够在较低的起燃温度下实现 VOCs 的燃烧，并全部氧化分解为二氧化碳和水蒸汽，同时放出大量热能，方程式如下：
2.催化燃烧技术处理 VOCs研究进展
2.1贵金属型催化剂
理论上几乎所有的金属都可以作为催化剂，在实际应用中以铂、铑、银、钯、钌等最为常见，其中铂、铑应用最广。Huang等以邻二甲苯为目标降解物、γ-Al 2 O3为载体，研究了Pd、Pt、Au、Ag、Rh 等五种贵金属的降解性能，结果表明 Pd/γ-Al2O3 的催化活性高于其他四种（Pd/γ-Al2O3＞Pt/γ-Al2O3 ＞Ag/γ-Al2O3 ＞Rh/γ-Al2O3＞Au/γ-Al2O3），160 ℃时的催化效率超过90%。同样是以γ-Al2O3 作为催化剂载体，0.5 Pd/γ-Al 2O3、0.5 Pt/γ-Al 2O3、0.5Ru/γ-Al2O3 和0.16 Pd/0.16 Pt/0.16 Ru（数字表示负载在γ-Al2O3上的金属材料质量分数）对甲醇的催化燃烧显示，T100的温度分别为220、190、210 和 150 ℃。骆潮明等以 Pd 为活性组分，制备了整体式催化剂 Pd/Al2O3 /Fe-Ni 用于低浓度甲烷的催化燃烧，当反应器内温度达到 550 ℃时，甲烷的降解率达到 98 %左右。贵金属型催化剂可以实现对 VOCs 的低温催化燃烧、催化降解效率较高、不易硫中毒。
2.2非贵金属催化剂
2.2.1过渡金属氧化物型催化剂
贵金属型催化剂不适合大规模工业推广，对过渡金属氧化物作为催化剂的探索逐步发展。其中 Cu、Mn、Ti、Cr、Ce 等金属氧化物用作催化剂降解 VOCs 具有良好的催化活性，一些过渡金属氧化物的综合催化性能甚至超过了贵金属。谷笛等通过电化学的方法制备 TiO 2 纳米管（TiO 2 NTs），研究了一次阳极氧化和二次阳极氧化生成的 1-step TiO 2 NTs、2-step TiO 2 NTs 对气态甲醇的光催化降解性能对比，结果表明 2-step TiO 2 NTs 降解 VOCs 的效率明显提高。Zhou 等通过水热法制备出两种结构不同的氧化铈用于乙醇的降解，结果表明纳米棒型氧化铈在 170 ℃时对乙醇的催化降解效率达 99.2 %，明显优于纳米立方体形貌的氧化铈。过渡金属氧化催化剂活性较高、起燃温度较低，但热稳定性差，在温度升高时容易相变。通过两组分或多组分的掺杂制备过渡金属复合氧化物或者加入稳定剂、添加载体涂层可以使催化剂表现出更高的催化性能和稳定性。Liotta 等以共沉淀法制备出了 Co-Ce 复合金属氧化物，通过改变氧化物的组分比例研究其对甲苯的催化降解活性，结果表明 Co 3 O 4 （30 %）-CeO 2 （70 %）能在275 ℃时实现甲苯的完全转化。刘兆信等通过共沉淀法制备了类棒状铜锰复合金属氧化物，通过控制焙烧温度研究催化剂对甲苯的催化燃烧活性，实验结果表明：焙烧温度为 300 ℃时所得样品能在 220 ℃时将甲苯完全氧化。曹晓强等将吸附、解吸与催化燃烧三种治理技术结合，用 γ-Al 2 O 3 为载体的铜锰复合氧化物作为催化剂，以甲苯为目标反应物探索最适合体系的降解条件，结果表明，空速为 2.67 s -1、解吸温度为 400 ℃、催化系统中的温度达 300 ℃时，实验系统的降解率高于 90 %。
2.2.2尖晶石型氧化物催化剂
尖晶石型复合金属氧化物是一种重要结构类型的燃烧催化剂，其通式AB2O 4，该类催化剂具有良好的深度催化氧化活性。在众多的尖晶石型金属复合氧化物催化剂中，研究较多的为具有良好催化燃烧VOCs 活性的铜锰尖晶石型氧化物催化剂。Cao 等采用沉淀法制备的一系列 Mn－Cu 催化剂催化氧化苯的研究显示，少量氧化铜的加入使催化剂表面缺陷氧增加，并且使处于更高氧化状态的锰更加稳定；当锰铜的摩尔比为8：2或 7∶3时，催化剂具有较好的催化活性，在 285℃ 下便可实现苯的完全转化。Morales 等采用共沉淀法制备 Mn－Cu 系列催化剂，研究该催化剂催化氧化乙醇的性能。实验结果显示，共沉淀法可以合成具有优良催化性能的Mn－Cu 催化剂，利于活性的提高。
2.2.3钙钛矿型金属氧化物催化剂
目前，国内外研究钙钛矿型催化剂较多，并且催化效果显著。Huang 等研究钙钛矿型金属氧化物催化剂催化氧化 VOCs 的情况，采用共沉淀法制备La1－x SrxCoO3（x=0，0.2）催化剂并与之前所研发的LaCoO 3 钙钛矿型催化剂进行比较发现，La0.8Sr0.2CoO3催化活性远高于LaCoO 3 型催化剂，在 225℃便可完全催化甲苯，效果明显。Zhang 等采用传统的沉淀法制备 LaMnO3 和LaB 0.2 Mn 0.8O3 （B=Co，Ni，Fe）钙钛矿型氧化物并研究其作为催化剂在温度50～350℃氧化氯乙烯的情况，结果显示，混合LaB0.2Mn 0.8O3样品比纯LaMnO3表现出更高的催化活性，这是由于钙钛矿型氧化物的催化活性与B位点的低温还原性、吸附氧物种的量以及催化剂表面的氧空缺有关，混合LaB0.2 Mn 0.8O3样品中，Co、Ni 和Fe提高了Mn4+以及催化剂表面氧物种的数量，因此催化剂才会具有优良的催化活性。
2.3钙钛矿型催化剂
钙钛矿型复合氧化物得名于钛酸钙（CaTiO3）化合物，分子通式为ABO3。通常是通过溶胶凝胶法、水热合成法、共沉淀法、高温固相合成法和模板剂法等方法制备。A 位元素为半径较大的阳离子，一般为稀土或是碱土元素，用于稳定钙钛矿的结构，B位元素为半径较小的阳离子，一般是过渡金属元素，用于提供活性氧、活性有机分子。Spinicci 等研究了柠檬酸盐法制备的LaMO 3 （M=Mn、Co、Fe）催化剂对正己烷的催化降解实验，结果表明 正己烷的氧化活性为LaFeO3 ＞ LaCoO3＞ LaMnO3＞PdO/Al203。周瑛等以共沉淀法制备了镧基钙钛矿型 LaBO3 催化剂，考察了不同 B（B=Cr、Mn、Co、Fe、Ni）位元素对 VOCs 的催化降解性能，结果表明，LaMnO3在300℃时可实现苯的完全降解、LaCoO3 和 LaMnO3分别在 250 ℃和 260 ℃时实现对甲苯完全降解。Zhang 等研究了柠檬酸溶胶—凝胶法、甘氨酸燃烧法和共沉淀法制备的钙钛矿LaMnO3催化剂对甲苯的催化降解，结果表明不同的方法制备的催化剂均可以在350 ℃以下的温度实现对甲苯的完全转化。
3.结束语
综上，催化燃烧技术应用和发展在不同领域取得了不同成效，全面加强挥发性有机物（VOCs）污染防治，提高改善环境空气质量，积极推广催化燃烧技术的应用，对改善环境污染问题发挥着重要作用，对社会的发展和环境的保护具有深刻的意义。
参考文献：
[1]张卿川，夏邦寿，杨正宁，等．国内外对挥发性有机物定义与表征的问题研究[J]．污染防治技术，2014，27（05）：3-7．
论文作者:邱颜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/16
标签：催化剂论文; 氧化物论文; 活性论文; 甲苯论文; 金属论文; 温度论文; 尖晶石论文; 《基层建设》2018年第30期论文;