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中国化学链燃烧技术研发进展与展望目录一、内容简述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (3)二、中国化学链燃烧技术的发展历程 (5)2.1 技术起源 (6)2.2 技术发展阶段 (7)三、化学链燃烧技术的核心原理 (8)3.1 化学链燃烧技术的定义 (9)3.2 核心原理 (10)四、中国化学链燃烧技术的研发进展 (11)4.1 能量利用效率提升 (12)4.2 系统污染物减排 (13)4.3 新型催化剂的研发与应用 (15)4.4 工程化应用的突破 (16)五、中国化学链燃烧技术的应用现状 (17)5.1 工业领域的应用 (18)5.2 科研领域的应用 (19)5.3 其他领域的探索 (20)六、中国化学链燃烧技术的市场前景 (21)6.1 市场需求分析 (22)6.2 市场竞争格局 (23)6.3 发展趋势与挑战 (24)七、中国化学链燃烧技术研发的挑战与对策 (26)7.1 技术难题及攻克策略 (27)7.2 人才培养与团队建设 (28)7.3 政策支持与产业环境 (29)八、结论与展望 (30)8.1 研究成果总结 (31)8.2 未来发展方向 (33)8.3 对中国化学链燃烧技术的期许 (34)一、内容简述研发背景：介绍化学链燃烧技术的起源、发展及其在能源领域的应用价值，阐述中国在这一领域的研究意义。
研发进展：详细介绍中国在化学链燃烧技术研发方面所取得的成果，包括技术突破、研究成果、应用实例等。
技术原理：阐述化学链燃烧技术的基本原理，包括化学反应过程、关键要素等，以便读者更好地理解该技术。
现状分析：对中国化学链燃烧技术的当前状况进行全面评估，包括技术成熟度、产业应用、市场竞争等方面的分析。
展望未来：结合国内外形势和技术发展趋势，对中国化学链燃烧技术的未来发展方向进行展望，包括技术创新、产业应用、政策支持等方面的预测。
挑战与对策：分析中国在化学链燃烧技术研发及产业化过程中面临的挑战，如技术瓶颈、产业政策支持、资金投入等，并提出相应的对策和建议。
do i:10.3969/j .iss n.1002-154X .2009.08.016甲烷催化燃烧催化剂催化理论与应用研究进展陆富生(淮安市产品质量监督检验所,江苏淮安223001)摘 要 概述了甲烷催化燃烧催化剂的研究现状,从组成甲烷燃烧催化剂的3个部分(基体、活性组分、氧化物载体)分别加以论述。
通过掺杂一些金属和金属氧化物,不但可以提高高活性贵金属催化剂的热分解温度,还可以提高高温催化剂(如钙钛矿和六铝酸盐材料等)的催化活性。
最后简要综述了甲烷催化燃烧反应机理。
关键词 催化燃烧 甲烷 贵金属催化剂 金属氧化物催化剂收稿日期:2009-07-15作者简介:陆富生(1981～),男,硕士生,从事催化材料方面的研究,E -mail:fnlfs@Research Progess of the Cat for M ethane Cat alyti c Co mbusti oni n the Theory and Appli cati onLu Fusheng(Huaian I nstitute of Supervisi on and I ns pecti on on Pr oduct Quality,J iangsu Huaian 223001)Abstract The recent research p r ogress and devel opments of the catalysts f or methane catalytic com -busti onwere described .The catalysts f or methane catalytic combusti on which was composed in three parts (base,active constit 2uent and oxide support )were als o discussed .It is shown that the additi on of metals and metal -oxides i m p r oves the ther mal stability of noble metal catalysts and metal -oxide catalysts such as per ovskites and hexaalum inates,and brings benefit t o activity in methane catalytic combusti on .Finally,the reacti on mechanis m f or methane catalytic com 2busti on was summarized si m p ly .Keywords catalytic combusti on methan noble metal catalysts metal -oxide catalysts 随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益重视,天然气以储量丰富、价格低廉、使用方便、热效率高、污染小等优点,被认为是目前最清洁的能源之一。
甲烷催化燃烧发展历程甲烷催化燃烧是指通过催化剂帮助甲烷与氧气反应，产生水和二氧化碳，释放出能量。
这一技术的发展历程可以追溯到19世纪末。
19世纪末，甲烷催化燃烧的理论基础开始建立。
德国化学家文森特·成立新斯基首先提出了气体催化燃烧的概念。
他在实验中使用了一种铂催化剂成功地催化了甲烷和空气的反应，生成了二氧化碳和水，这为后来的研究奠定了基础。
20世纪初，科学家们开始研究催化剂的种类和性质。
据研究表明，铂等贵金属能够有效地催化甲烷燃烧反应。
然而，高成本和稀缺性使得贵金属催化剂难以商业化应用。
因此，研究者们开始寻找其他廉价的替代催化剂。
20世纪50年代，以氧化铕为代表的稀土催化剂开发成功。
这类催化剂不仅具有良好的催化性能，还具备较低的成本。
通过这些催化剂，甲烷的燃烧速度显著提高，使得甲烷催化燃烧成为可能。
20世纪70年代，催化燃烧技术开始在实际应用中得到广泛推广。
石油工业、化学工业和能源领域开始采用催化燃烧技术来处理高浓度的甲烷废气。
这一技术的应用不仅能够有效地去除废气中的甲烷，还能够将其转化为有用的热能，实现废气的能源回收与利用。
随着时间的推移，催化剂的性能不断提高。
一些新型催化剂的开发成为新的研究热点。
例如，过渡金属氧化物、稀土氧化物和过渡金属分子筛催化剂等被广泛应用于甲烷催化燃烧领域。
同时，催化燃烧技术在环境保护中的作用逐渐得到重视。
由于甲烷是一种温室气体，具有较高的温室效应，大量的甲烷排放会进一步加剧气候变化。
催化燃烧技术能够将甲烷完全转化为二氧化碳和水，减少温室气体的排放。
因此，甲烷催化燃烧成为解决气候变化和改善空气质量的重要手段。
总之，甲烷催化燃烧的发展历程可以追溯到19世纪末，经过多年的研究和发展，催化剂的种类和性能得到了显著提升。
催化燃烧技术在实际应用中展示出了巨大的潜力，并逐渐成为环保和能源领域的研究热点。
随着科学技术的不断进步，相信甲烷催化燃烧技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
甲醇催化燃烧催化剂研究进展摘要：催化燃烧法是目前处理VOCs最有效的方法之一，而本文主要对催化燃烧催化剂进行介绍，并对甲醇催化燃烧催化剂进行重点讨论，并指出这类催化剂的研究方向。
关键词：催化燃烧催化剂；甲醇催化燃烧催化剂；活性组分；载体全世界约90%以上的能源来自于煤、石油、天然气等化石燃料，但化石燃料资源有限，在几十年内全球石油资源即将耗尽，人类正面临日益严重的能源危机。
目前，我国50%以上的石油依靠进口，能源短缺阻碍我国经济快速发展。
能源的高效清洁利用和新能源的开发对我国国民经济的持续稳定发展至关重要。
燃烧在现代社会中有着极为广泛的应用，但也因此带来了一系列的问题，如会消耗大量的矿物燃料，同时释放的CO、NO x等物质会导致严重的环境污染。
如何提高燃料的燃烧率，减少燃烧对环境产生的污染是当前倍受关注的重要研究课题。
催化燃烧是典型的气—固相催化反应。
采用适当的催化剂可降低反应的活化能，使可燃物质在较低的温度200～400℃下分解、氧化的燃烧方法。
与传统的火焰燃烧相比,催化燃烧有着很大的优势:(1) 起燃温度低，能耗少，燃烧易达稳定，甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应。
(2) 净化效率高，污染物(如NO x及不完全燃烧产物等)的排放水平较低。
(3) 适应氧浓度范围大，噪音小，无二次污染，且燃烧缓和，运转费用低，操作管理也很方便。
正是由于具备上述优点，催化燃烧既是一种能耗低、效率高、环境友好的有机废弃物治理技术，也是能源利用的最佳途径之一。
催化燃烧技术的核心是选择合适的催化剂。
由于催化燃烧温度较高，燃烧反应过程生成大量水蒸汽，且存在少量杂质硫，因此催化燃烧技术对催化剂要求很高，需要催化剂具备低温活性好、高温稳定性高、比表面积大、活性组分高分散度、抗烧结和抗硫中毒能力。
目前，催化燃烧技术备受国内外研究者关注，取得了很多研究成果。
近年来，催化剂的研究成果主要为改进催化剂制备条件，选择催化剂新型载体，引入助剂改善催化剂的反应活性、选择性以及研究催化反应机理等。
第41卷第1期Vol.41㊀No.1重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol &Business Univ(Nat Sci Ed)2024年2月Feb.2024稀土催化剂(Ce ㊁La )用于丙烷催化燃烧的研究进展龚旭栋,王玮璐,吴㊀云,张贤明重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆400067摘㊀要:目的挥发性有机物(VOCs )对人体健康和生态环境都有不良影响,已引发研究者的广泛关注㊂催化燃烧是处理VOCs 的有效技术之一,具有去除效率高㊁无二次污染等优势㊂稀土元素Ce ㊁La 及其氧化物因特殊的理化性质常作为催化助剂或载体,在催化燃烧中起着重要作用㊂因此针对稀土催化剂(主要为Ce ㊁La ),综述了其在丙烷催化燃烧中的应用及相应的催化反应机制以及未来的发展方向㊂方法通过对Ce 基和La 基催化剂在丙烷催化燃烧中的研究和应用进行综述,分析了稀土催化剂的反应机理及发展方向㊂结果首先,Ce ㊁La 及其氧化物可调节催化剂的整体结构㊁形貌和比表面积等物理性质;同时,上述物质也可与催化剂内的其他金属相互作用,从而有效调控材料中的氧空位密度,最终增强对丙烷催化燃烧的反应活性㊂其次,CeO 2作为载体能与活性金属产生有赖于CeO 2形貌和晶面的金属-CeO 2相互作用,这会对催化剂的结构和性能产生极大影响㊂此外,也讨论了通过优化合成方法和表面改性所获得的La 系钙钛矿催化剂在丙烷催化燃烧中的应用研究㊂结论目前,稀土基催化剂的催化作用机制探索尚处于初级阶段,应对其进行更深入系统的研究,以早日实现其工业化应用㊂关键词:多相催化;催化燃烧;丙烷;稀土元素中图分类号:X511,X -1㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2024.0001.002㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-03-05㊀修回日期:2022-05-18㊀文章编号:1672-058X(2024)01-0012-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(51678095);重庆市科委面上项目(CSTC2021JCYJ -MSXMX0628).作者简介:龚旭栋(1997 ),女,重庆市人,硕士研究生,从事环境热催化研究㊂通讯作者:王玮璐(1989 ),女,河南新乡人,助理研究员,博士,从事多相催化研究.Email:weiluwang@.引用格式:龚旭栋,王玮璐,吴云,等.稀土催化剂(Ce㊁La)用于丙烷催化燃烧的研究进展[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2024,41(1):12 20.GONG Xudong WANG Weilu WU Yun et al.Advances in rare earth element-based catalysts Ce La for propane catalyticcombustion J .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2024 41 1 12 20.Advances in Rare Earth Element-based Catalysts Ce La for Propane Catalytic Combustion GONG Xudong WANG Weilu WU Yun ZHANG XianmingEngineering Research Center for Waste Oil Recovery Technology and Equipment Ministry of Education Chongqing Technology and Business University Chongqing 400067 ChinaAbstract Objective Volatile organic compounds VOCs have adverse effects on both human health and the ecological environment thus attracting widespread attention from researchers.Catalytic combustion is one of the effective technologies for treating VOCs with the advantages of high removal efficiency and no secondary pollution.Rare earth elements such as Ce and La and their oxides often play an important role in catalytic combustion due to their special physicochemical properties as catalytic additives or carriers.Therefore for rare earth catalysts mainly Ce and La their applications in the propane catalytic combustion and the corresponding catalytic reaction mechanisms as well as future development directions were reviewed.Methods Through a review of the research and applications of Ce-based and La-based catalysts in the propane catalytic combustion the reaction mechanisms and development directions of rare earth catalysts were analyzed.Results Firstly Ce La and their oxides modulated the physical properties of the catalyst such as the overall structure morphology and specific surface area.Meanwhile these substances also interacted with other metals within the catalyst to effectively modulate the oxygen vacancy density in the material ultimately enhancing the reactivity for the propane catalytic combustion.Secondly when CeO 2acted as a carrier it was capable of producing metal-第1期龚旭栋,等:稀土催化剂(Ce㊁La)用于丙烷催化燃烧的研究进展CeO2interactions with the active metal dependent on the CeO2morphology and crystallographic surface which can have a great impact on the structure and performance of the catalyst.Studies on the application of La-based chalcogenide catalysts obtained by optimizing synthesis methods and surface modification in the propane catalytic combustion were also discussed. Conclusion At present the exploration of the catalytic mechanism of rare earth-based catalysts is still in its initial stage and in-depth and systematic research should be conducted to realize its industrial application as early as possible. Keywords heterogeneous catalysis catalytic combustion propane rare-earth elements1㊀引㊀言挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)是引发光化学烟雾及雾霾等大气环境问题的主要前体物,对人体具有极强的致癌和致畸性,是大气治理的重点研究对象[1-4]㊂其中,丙烷因结构稳定而难以被去除,常作为VOCs中烷烃组分的代表而被研究[5-6]㊂目前,催化燃烧是较常用的处理技术,与传统的物理吸附和热焚烧技术相比具有能耗低㊁去除效率高以及无二次污染等优势[7-9]㊂在该途径中,催化剂的性能决定丙烷的去除效率和技术能耗[10],因此这也成为研究者所关注的重点㊂当前用于催化燃烧的催化剂主要为贵金属基和非贵金属基两大类㊂其中,贵金属基催化剂(Pt㊁Pd㊁Rh)虽在低温下(T100<300ħ)对丙烷的去除效果良好,但高额的成本及易中毒失活也极大限制了其工业化进程[11-13];非贵金属基催化剂,如Co㊁Mn等元素虽能在丙烷的催化燃烧中提供良好的抗毒化能力,但其活性(T100>300ħ)却远低于贵金属类材料[14-15]㊂因此,定向设计及构筑对丙烷去除率高㊁抗毒性强且绿色经济的新型催化剂将成为该领域研究工作的核心㊂众所周知,我国稀土资源丰富,年产量占世界的95%以上[16],被广泛应用于发光㊁储氢和超导等领域㊂此外,稀土元素(Rare Earth Element,REE)由于特殊的结构性质,也被开发用于多相催化领域[17-18]㊂具体来说,REE原子中存在未被电子完全占据的4f轨道,导致该轨道中的电子容易发生离域㊁迁移,因此REE可有效改善材料的整体电子结构和载流子传输情况㊂此外, REE作催化助剂时,可有效调控材料的化学组成㊁孔结构及活性位点的分散状态等,显著提高催化剂的活性和稳定性[19-20]㊂因此,将REE引入催化剂中可有效改善材料的物理化学性质,增强其催化燃烧活性,所以合理制备催化效率高且绿色经济的稀土基催化剂也是未来研究者们需攻克的重点和难点㊂本文综述了近几年丙烷催化燃烧的研究,发现Ce㊁La及其氧化物作为催化剂中的促进或改性组分,可有效调控材料的形貌结构㊁化学组成及活性位点的分散状态等物理化学性质;同时可与其他金属产生相互作用,调控材料中的氧空位密度,显著提高催化剂的活性和稳定性㊂除作为催化剂助剂以外,Ce的氧化物(CeO2)在丙烷催化燃烧中也有较多应用㊂CeO2载体可与活性金属产生较强的电子效应,有效分散和稳定活性金属,提高催化活性㊂同时,在研究中发现催化丙烷燃烧的结果会受到CeO2不同形貌和晶面的影响㊂此外,La系钙钛矿具有良好的热稳定性和氧化还原性,但其较高的成相温度所致的低比表面积和相应的低活性限制了其应用㊂通过改进La系钙钛矿的合成方法,可以使其具有较高比表面积及催化活性㊂最后,以Ce 基催化剂,La基催化剂在催化燃烧中的研究现状及作用机理为理论基础,提出了稀土催化剂存在的问题和未来发展方向㊂2㊀Ce基催化剂2.1㊀Ce及其氧化物作助催化剂Ce属于镧系元素,由于具有未被电子完全占据的4f轨道而具有独特的催化性能㊂将Ce及其氧化物作为结构助剂引入催化剂可有效调节材料的形貌和分散性㊂例如,胡等[21]在MnO x中引入Ce元素,催化剂整体形貌会从大小不均一的团聚体逐渐转变为尺寸均一且分散良好的球形颗粒,同时其比表面积也会从8m2㊃g-1显著提高至102m2㊃g-1㊂同样地,Wang等[22]将CeO2引入MnO x/Nb2O5-x中,发现CeO2的存在可有效降低催化剂的尺寸,提升MnO x的分散性㊂与此同时,研究者们还发现Ce元素可与活性金属产生良好的相互作用,调节催化剂表面的氧空位密度㊂因此将Ce及其氧化物引入催化剂中能显著提高单元素氧化物(Co3O4[23])㊁混合或复合氧化物(CoCeO x[24]㊁Fe2O3-CuO[25]等)材料中氧活性物种丰度,最终提升催化活性㊂与单一的CeO2㊁Co3O4催化剂相比,Zhu等[23]发现Co3O4-CeO2二元氧化物对丙烷的完全催化氧化表现出更高的活性㊂这是因为Co3O4和CeO2之间的相互作用导致Co3+被部分还原成Co2+或金属Co,而这些被还原的Co或Co2+会与周围的CeO2氧物种结合,发生如下反应:Co3O4ңCo2+/Co3++[O]ңCo0+[O]; Co0(Co2+)+CeO2ңCo2+/Co3+(Co3+)+CeO2-x+[O],从而在Co3O4-CeO2界面附近产生大量氧空位㊂氧气在这些氧空位上被吸附形成活性氧物种,从而提高催化剂在丙烷催化燃烧中的活性㊂然而Ce及其氧化物31重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷的添加量存在最优配比,添加过多会覆盖部分活性位点,添加过少则不能达到最佳协同效应[25]㊂这在Li 等[24]采用双模板结合溶胶-凝胶法制备的一系列不同Co /Ce 摩尔比(1ʒ4㊁1ʒ1㊁4ʒ1)的微介孔CoCeO x 催化剂用于丙烷催化燃烧的研究中得到印证㊂研究表明,催化剂中Co /Ce 摩尔比为1(Co 1Ce 1)时,具有较好的裂解丙烷C -H 键生成CO 2的能力(图1),在238ħ时转化率达到90%㊂在该比例下材料中催化剂存在Co x Ce 1-x O 2-σ固溶体及大量氧空位,使得Co 1Ce 1还原性大幅提高,表面活性氧物种数量也显著增加㊂但Co /Ce 的摩尔比过大及过小均会导致上述活性位点和比表面积的减少,导致催化剂活性降低㊂S t a g e 4S t a g e 1S t a g e 2S t a g e 3C o C e O xP r o p a n eO x y g e n v a c a n c y S u r f a c e a c t i v e o x y g e n O x y g e nC e 3+C o 3+C e 3+C e 3+C o 2+C e 4+C e 4+C o 2+C e 3+C e 3+C o 3+C e3+图1㊀CoCeO x 催化剂表面反应机理[24]Fig.1㊀The surface reaction mechanism of CoCeO x catalyst[24]此外,Ce 还可与活性金属产生相互作用,有效改善催化剂的稳定性和活性[26]㊂Tang 等[27]采用低温水热工艺使NiO 纳米片阵列均匀生长在堇青石蜂窝状孔道的表面,形成整体式催化剂㊂对于纯NiO 纳米片催化剂,其T90为481ħ,并且在1h 运行后丙烷的转化率由79.9%下降到58.4%,在48小时后下降到21.5%,稳定性较差㊂将Ce 引入到NiO 后,催化剂的低温还原性和活性在Ce 和Ni 的相互作用下得到显著改善,其T90降低至440ħ,且丙烷转化率在48h 后仅降低了1.1%㊂因此Ce 掺杂不仅能有效改善催化剂活性,还能显著提高催化剂的稳定性(图2)㊂100806040200200250300350400450500丙烷转化率/%温度/℃N i O0.2C e 5N i O(a )NiO 和0.2Ce -NiO 纳米阵列丙烷催化燃烧活性测试10080604020001020304050丙烷转化率/%时间/h92.0%79.9%90.9%58.4%N i O0.2C e 5N i O(b )在425ħ时NiO 和0.2Ce -NiO 催化剂稳定性测试图2㊀原始NiO 和0.2Ce -NiO 纳米阵列催化剂性能评价,丙烷浓度=3000ppm ,SV =24,000h -1[27]Fig.2㊀Performance evaluation of pristine NiO and 0.2Ce -NiOnanoarray monolithic catalysts ,C 3H 8concentration =3000ppm ,and SV =24000h -1[27]在其他VOCs 催化燃烧中,Ce 也显示出良好的促进作用㊂Piumetti 等[28]采用溶液燃烧合成技术(Solution Combustion Synthesis,SCS)合成了一系列不同Ce /Cu 摩尔比的铈铜氧化物催化剂,将其用于催化乙烯总氧化反应㊂发现CuO x 与CeO 2相互作用的小团簇很容易被还原,促进了Cu +物种和结构缺陷(氧空位)的形成,导致更高的催化氧化活性㊂Mo 等[29]发现Ce 能与MnAl 复合氧化物中的Mn 通过Ce 4+-Mn 3+↔Ce 3+-Mn 4+反应产生协同作用,提高晶格氧的迁移率和有效性,在210ħ时苯的转化率可达到90%㊂简而言之,Ce 及其氧化物作为结构助剂可有效调节催化剂的整体结构和形貌㊁增加其比表面积并改善活性金属的分散性,从而提升材料的催化性能㊂同时,Ce 元素由于具有电子未完全占据的4f 轨道,可与其他金属发生相互作用,有效调控材料中的氧空位密度,提高催化剂表面的活性氧物种,进而增强丙烷催化燃烧反应活性㊂此外,Ce 及其氧化物也可优化催化剂的低温可还原性和稳定性㊂然而,许多研究表明在不同Ce 添加量的情况下,催化剂活性会有所差异,因此,稀土催化剂中Ce 及其氧化物的添加比例值得进一步研究㊂2.2㊀CeO 2作载体Ce 元素具有特殊的电子结构和结构弛豫,能够加强活性金属(Ru㊁Pd㊁Ni)与其氧化物CeO 2表面间的电子电荷转移,从而更好地稳定活性金属位点,提升催化剂的活性和稳定性[30-32]㊂41第1期龚旭栋,等:稀土催化剂(Ce㊁La)用于丙烷催化燃烧的研究进展由于常见的Al2O3及SiO2等载体材料的化学惰性较强,与活性金属相互作用较差,因此以这些氧化物作载体的催化剂在VOCs氧化中的催化活性仍存在较大提升空间㊂一般来说,金属与载体的相互作用是影响催化剂性能的重要因素之一,它通常决定了活性金属的氧化状态和氧化还原反应的路径[33-35]㊂CeO2中存在Ce4+/Ce3+氧化还原循环对(图3),可与活性金属进行电子转移并产生良好的相互作用,这能极大改善催化剂的结构和催化性能㊂同时,在氧化过程中,CeO2还能为氧化还原反应提供丰富的活性氧物种,提升丙烷催化燃烧的去除效率㊂C e O2u n i t c e l l P o i n t d e f e c t s i t e sO2-C e4+C e3+/D o3+VOC e3+/D o3+i n c u b i c(Oh)s i t eVOi n t e t r a h e d r a l(Td)s i t e(a)CeO2晶胞㊀㊀(b)CeO2晶胞中Ce3+/Do3+位点(c)CeO2晶胞中的氧空位Vo图3㊀氧化铈及其与其他金属元素形成的氧化物固溶体的晶体结构和缺陷示意图[32]㊂(Do3+代表外来离子;(a)和(b)右侧的4个半透明氧原子属于下一个单胞) Fig.3㊀Schematic diagram of the crystal structure and defects of cerium oxide and its oxide solid solutions formed with other metallic elements[32](Do3+represents foreign ions;the4semi-transparent oxygen atoms on the right in(a)and(b)belong to the next unit cell)Wu等[35]使用无氯前驱体合成的Ru/CeNs催化剂,发现由于Ru与Ce之间存在的强相互作用,使其表面形成了均匀且高密度的Ru-O-Ce界面㊂此界面是丙烷吸附和解离的首选活性位点,其存在可显著提高催化剂对丙烷的催化燃烧活性㊂Hu等[30]将1.5~ 3.2%(wt)的Ru纳米颗粒(~3nm)负载于CeO2和Al2O3基底上(Ru/CeO2㊁Ru/Al2O3)㊂在不同载体性质的影响下,丙烷催化燃烧展示出不同的反应路径(图4)㊂在Ru/Al2O3催化剂上,丙烷只能吸附在Ru 纳米颗粒上形成异丙基,再转化为丙酮基,随后分解成甲酸或乙酸,最终生成CO2和H2O㊂而对于Ru/CeO2催化剂,除上述路径外,丙烷也可以作为含有丙烯酸基团的物种在Ru-CeO2界面上吸附并被部分氧化㊂归因于CeO2载体作为氧气储层,在反应过程中为丙烷吸附提供额外的位点,即Ru-CeO2界面㊂同时,具有高储氧能力的CeO2还为催化剂提供了丰富的活性氧物种,从而氧化反应速率得到提升(T90=180ħ)㊂R u H O A l C C e(a)Ru/Al2O3催化剂上的丙烷氧化反应路径(b)Ru/CeO2催化剂上的附加反应路径图4㊀催化剂表面丙烷氧化反应路径示意图[30] Fig.4㊀Schematic diagram of propane oxidation reaction path on the surface of two catalysts[30]此外,研究者观察到强烈依赖于CeO2形貌的金属-CeO2相互作用对CeO2负载催化剂结构和催化性能的强烈影响㊂Zhang等[32]发现负载于CeO2纳米立方体(c-CeO2)㊁纳米颗粒(p-CeO2)㊁纳米棒(r-CeO2)上Ni的理化状态有明显差异㊂由于CeO2与Ni的相互作用不同,负载于r-CeO2表面的NiO呈分散状态;在p-CeO2中NiO则会聚集成团;负载于c-CeO2催化剂表面上的Ce与Ni间的相互作用最强,则形成Ni-O-Ce 结构,此结构可削弱CeO2中相邻的Ce-O键并激活其晶格氧,进而提升催化剂活性㊂这也在C3H8催化燃烧反应活性对比实验中得到证实,相比于r-CeO2催化剂,负载Ni后的催化剂活性大约提升了27%㊂由于不同的CeO2形貌其主要暴露晶面有所差异,因此也有研究表明不同晶面会对催化性能产生明显影响㊂Hu 等[31]合成了棒状(r)㊁立方体(c)以及八面体(o)的CeO2纳米晶体,其中r-CeO2暴露(110)和(100)晶面㊁c-CeO2暴露(100)晶面㊁o-CeO2暴露(111)晶面(图5)㊂进一步将Pd负载于CeO2表面时,发现在o-CeO2的(111)面上存在较强的表面Ce-O键,有利于C3H8催化燃烧活性位点PdO x纳米颗粒的存在㊂因此Pd/o-CeO2催化剂在300ħ时的TOF(3.52ˑ10-2/s)远高于Pd/c-CeO2(2.59ˑ10-3/s)和Pd/r-CeO2(6.97ˑ10-4/s)催化剂㊂此外,研究者们发现CeO2形貌差异也会影响催化剂在苯系物和有机氯化物等其他VOCs中的催化性能㊂Feng等[36]发现空心球状的CeO2暴露的(111)面最易形成氧空位,导致其表面氧活性更高,氧化还原性能更好㊂因此,在207ħ时甲苯转化率可达90%㊂Wang 等[37]采用直接煅烧Ce(NO3)3㊃6H2O的方法合成CeO2(CeO2-DC),并在其上负载Pd得到Pd/CeO2-DC 催化剂㊂CeO2-DC暴露的(200)晶面与PdO x产生的相互作用,提高了催化剂表面Ce3+和Pd2+的丰度,这极大地提升了催化剂的氧化还原性能和催化活性,因此51重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷在260ħ时可实现苯的完全燃烧㊂Zhang 等[38]发现三维有序(3DOM)CeO 2负载的Au -Pd 合金纳米粒子催化剂可在450ħ实现三氯乙烯的完全转化㊂3DOM 结构有利于活性组分的分散,也利于增强反应物分子的吸附和传质,其较高的比表面积使反应物更容易接近表面活性位点㊂此外,3DOM 的CeO 2与Au -Pd 合金之间的强相互作用可提高表面活性氧的迁移率,从而进一步提升催化剂活性㊂abcefd100n m 5n m 5n m 5n m50n m 200n m图5㊀(a ,b )CeO 2-R ㊁(c ,d )CeO 2-C 和(e ,f )CeO 2-O 的TEM ㊁HRTEM 和SEM 图像[31]Fig.5㊀TEM ,HRTEM and SEM images of (a ,b )CeO 2-R ,(c ,d )CeO 2-C ,and (e ,f )CeO 2-O[31]CeO 2具有Ce 4+/Ce 3+氧化还原循环对,作为载体可与活性金属产生较强的电子效应,提高活性位点的分散度和催化活性㊂同时,CeO 2还能为氧化还原反应提供丰富的活性氧物种,从而提高丙烷催化燃烧的转化率㊂此外,可设计合成形貌和暴露晶面不同CeO 2,使其发挥最佳的催化性能,这展示了CeO 2在催化燃烧中具有的良好应用前景㊂3㊀La 基催化剂3.1㊀La 作助催化剂除用于丙烷催化燃烧的稀土催化剂除Ce 基催化剂外,其同系元素La 也常作为催化剂中的促进或改性组分,用于调节催化剂的形貌结构,并通过与其他金属相互作用促进反应物在催化剂表面的吸附和活化以提升催化效率㊂Xie 等[39]发现在催化剂中引入La 可以显著减小Pd 的粒径㊂与Pd /Na -ZSM -5催化剂上的Pd 纳米颗粒(4~6nm)相比,La 改性的Pd /Na -ZSM -5具有更小的Pd 粒径(1~3nm)㊂Xie 等[40]使用共沉淀法合成了La 改性的LaC -MnO x 催化剂(C 表示La /Mn摩尔比)㊂发现La 可促进C 3H 8在催化剂表面的吸附,在很大程度上加速了C 3H 8催化燃烧反应速率㊂且La 的存在可以抑制Mn 4+向Mn 3+的转化,使La -MnO x 催化剂上Mn 4+和表面氧的含量增加,促使更多高迁移率的表面氧在La -MnO x 催化剂上参与C 3H 8的深度氧化㊂在氧空位产生后,La -MnO x 催化剂中较高活性和迁移率的晶格氧在气态氧不足时补充了这些空位,而使催化剂具有较好的催化活性(图6)㊂因此,在MnO x 催化剂中加入La 可加速氧化-还原循环,增强催化剂活性㊂C 3H 8O sO sO sO s O 2C a t a l .C a t a l .c a r b o n a t e sP a r t i a l o x i d a t i o n D e e p o x i d a t i o nC a t a l .O l a t t .HC H 3C H 3C H C O 2+O 2图6㊀C 3H 8在La -MnO x 催化剂上的催化氧化反应机理[40]Fig.6㊀The mechanism of catalytic oxidation reaction of C 3H 8over La -MnO x catalyst [40]此外,La 3+与过渡金属离子的大尺寸失配可能导致强晶格应变,诱导催化剂氧空位的形成,从而增加活性氧物种的数量并改善催化性能㊂如Yao 等[41]通过水热法合成的La 掺杂Co 3O 4催化剂在C 3H 8催化燃烧表现出较高活性㊂La 的引入导致Co 3O 4产生晶格畸变而形成氧空位,促进了气相氧的吸附和活化,进而产生表面活性氧物种,使得催化活性显著提升㊂La 在氯化物和甲烷的催化燃烧中也发挥着重要作用㊂Dai 等[42]发现引入La 后的MnCe 催化剂在氯苯催化燃烧中表现出高活性㊂原因在于La 的引入增强了MnCeO x 固溶体的热稳定性,并且改善了活性Mn 物种的分散性㊂Li 等[43]合成了掺La 的花状介孔氧化铈微球,用于甲烷催化燃烧具有良好的活性㊂归因于La 3+取代Ce 4+而产生的更多氧空位和催化剂的氧迁移率的提升㊂3.2㊀La 系钙钛矿(ABO 3(A =La ))La 系钙钛矿的化学计量比为LaBO 3,其中A 是La 3+阳离子,B 一般是第三周期的过渡金属㊂La 在该化合物中起结构稳定剂的作用,同时可通过改变B 位元61第1期龚旭栋,等:稀土催化剂(Ce ㊁La )用于丙烷催化燃烧的研究进展素形成不同种类的La 系钙钛矿,其催化性能可通过掺杂㊁离子取代等方法进行调控[44-45](图7)㊂此外,La 系钙钛矿具有价格低廉㊁氧化还原性能好㊁氧迁移率高㊁热稳定性优异等特点[46-47],是一种常用的多相催化材料㊂在自然界中La 的丰度高,可利用性强,因此La 系钙钛矿在实际应用中很有前景,已被成功应用于甲苯完全氧化[48]㊁CO 氧化[49]㊁甲烷完全氧化[50]等反应㊂A s i t eB s i t e O x y g e nAA ’BOO x y g e n v a c a n c y(a )理想ABO 3钙钛矿晶胞㊀㊀㊀(b )A 位掺杂具有氧空位的㊀㊀ABO 3钙钛矿图7㊀ABO 3钙钛矿晶胞[49]Fig.7㊀ABO 3perovskite cells [49]由于钙钛矿的成相温度较高,导致其比表面积和催化活性都相对较低[51]㊂针对其催化活性问题,如何调整合成方法和表面化学组成是解决上述问题的关键㊂溶胶凝胶法的反应条件温和且易于控制,已有研究者成功将其用于钙钛矿的合成㊂如Lin 等[52]通过溶胶-凝胶法合成了LaCoO 3钙钛矿纯相,发现使用生物质络合剂(竹粉)代替传统有机络合剂可以得到平均粒径更小㊁比表面积更大的钙钛矿催化剂㊂同时,生物质中有机碳的络合能力和生物还原能力可以有效缓解Co 2+还原为Co 3+,从而提升催化剂表面的Co 2+浓度㊂Co价态的变化会导致晶格畸变并改变Co -O 共价成分,从而增加氧空位的丰度并提升氧的迁移率㊂材料中较高的比表面积和氧空位丰度也可提供更多的酸性位点,有利于催化剂对C 3H 8的吸附和C -H 键的激活,导致催化活性提升㊂除了溶胶-凝胶法,溶剂法也是钙钛矿的有效合成方法之一㊂在溶剂热合成中,溶剂作为反应介质发挥着重要作用㊂首先,它可以控制溶液中化学物质的浓度,从而影响反应动力学;其次,它还能够改变溶解物种的配位,影响成核和晶体生长步骤,诱导特定结构的形成[53]㊂因此可通过选择合适的溶剂合成具有良好性能的La 系钙钛矿,如Miniajluk 等[54]分别以1,2-乙二醇(EG)㊁1,2-丙二醇(PG)和1,4-丁二醇(BG)为溶剂成功制备了LaMnO 3钙钛矿(LM 材料)㊂结果表明,使用EG 制备的LM -EG 具有较高的表面活性氧物种数量㊁良好低温还原性以及较大的表面积和孔体积,在300ħ左右对丙烷去除率与1%Pt /Al 2O 3相当,但其本征活性却是后者的近六倍(表1)㊂表1㊀LM 材料在丙烷氧化中的催化性能[54]Table 1㊀Catalytic performances in propane oxidation ofLM materials [54]SampleT 10/ħT 50/ħT 95/ħa Ea /(kJ /mol )LM -EG 23127532588.7LM -BG 30235845089.9LM -PG38543749284.91%Pt /Al 2O 3b21726030785.9㊀a分别对应于10%㊁50%和95%转化率的温度,b 参考催化剂(铂分散度:63%;S BET =168m 2㊃g -1)㊂此外,La 系钙钛矿具有良好的氧化还原性㊁高氧迁移率以及优异的热稳定性,是作为催化剂载体的良好材料㊂Luo 等[55]通过使用高表面积(31m 2/g)的电纺LaCoO 3纳米棒负载Pt,然后分别在He㊁O 2和H 2氛围中连续热退火得到了具有高Pt 分散性的0.29%(wt)Pt /LaCoO 3纳米棒催化剂㊂Pt 与LaCoO 3载体之间的相互作用有利于Co 2+物种㊁Co 3+/Co 2+氧化还原循环对和更多氧空位的形成,可有效改善材料的氧迁移率,最终提升丙烷催化燃烧活性(图8)㊂O x y g e n v a c a n c yP tC o 3+C o 2+O 2O 2O 2O 2O 2O 2O 2O 2C 3H 8C 3H 8C 3H 8C 3H 8C 3H 8C 3H 8L a C o O 3P t /L a C o O 3 H e +O 2+H 2C O 2+H 2O 图8㊀LaCoO 3和Pt /LaCoO 3-He +O 2+H 2催化剂上丙烷催化氧化机理[55]Fig.8㊀The mechanism of catalytic oxidation of propaneover LaCoO 3and Pt /LaCoO 3-He +O 2+H 2catalysts [55]在脂肪烃及苯系物的催化燃烧中,La 系钙钛矿也有较多应用㊂Wang 等[56]通过乙酸(HAc)选择性蚀刻LaCoO 3-La 2O 3复合材料上的La 2O 3颗粒,获得了多孔LaCoO 3钙钛矿催化剂㊂经HAc 刻蚀的LaCoO 3产生了表面La 缺陷和丰富的氧空位,而且催化剂的孔隙率和氧化还原性能均得到改善㊂因此,多孔LaCoO 3可以有效地接触和激活反应物,在220ħ实现乙酸乙酯的完全催化燃烧㊂Yarbay 等[57]采用柠檬酸盐技术制备了LaMnO 3钙钛矿型催化剂,发现LaMnO 3中存在单斜相LaMn 2O 5,两者产生协同作用,可促进活性晶格氧的形成和还原性的提升,导致甲苯催化燃烧反应活性的提高㊂Luo 等[58]采用SBA -15辅助静电纺丝合成了高表面积菱面体LaCoO 3钙钛矿催化剂,并将其用于苯的催71重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷化燃烧㊂静电纺丝技术有利于LaCoO3表面Co元素的暴露,导致氧空位和Co2+活性位点数量增加,从而提升催化剂的氧迁移率和活性,因此在330ħ时苯的转化率可达90%㊂总之,La系钙钛矿的催化性能受到制备方法的影响较大,如高温制备的钙钛矿结构催化剂具有较低的表面积和反应活性,而其他合成方法如溶胶凝胶法和溶剂热合成法制备的材料则能够有效改善催化剂的比表面积和粒径等,使其催化燃烧活性更佳㊂因此,通过调整材料合成方法和合成条件以获得性能优良的钙钛矿催化剂将是研究者们未来亟需探索的方向㊂4 结束语本研究简要综述了近年来应用于丙烷催化燃烧的稀土催化剂,主要为Ce和La元素参与形成的稀土类催化材料㊂Ce及其氧化物作为助剂能够调节催化剂的结构和形貌等物理性质,并通过与活性金属进行电子传递(Ce4++M n+ңCe3++M(n-1)+)而产生强烈的相互作用形成氧空位,进而增强丙烷催化燃烧反应活性㊂此外,CeO2载体能够与活性金属产生良好的相互作用,从而改善催化剂的结构和催化性能㊂同时,研究发现催化燃烧受到CeO2不同形貌和晶面的影响㊂因此,可基于对形貌和晶面调整,使得CeO2能在丙烷催化燃烧中发挥最佳效果㊂La及其氧化物作为催化助剂能有效调节催化剂的形貌结构,诱导其产生氧空位,从而有效改善材料的催化活性㊂而以La为A位制备的钙钛矿氧化物可通过表面改性和优化合成方法来改变其比表面积和粒径等以提升催化性能㊂但稀土元素在丙烷催化燃烧的应用仍存在诸多不足:(1)稀土催化剂作为助催化剂和载体都有较优异的丙烷催化燃烧性能㊂但稀土元素与其他元素间的相互作用及其对催化剂整体的结构和性能的影响机理较为复杂,因此深入系统地研究稀土元素与其他元素的相互作用机理是重要的研究方向㊂(2)稀土元素在催化中发挥了重要作用,能显著优化催化剂结构与性能,但其应用仅限于实验室阶段㊂因此,设计开发兼具多样性和普适性的稀土催化剂,将其推广至其他工业催化反应中是进一步的研究方向㊂虽然诸多研究表明稀土元素在丙烷催化燃烧中起到了积极的作用,但其与催化剂整体性能的构效关系尚有进一步探索的空间,如何设计合成活性优良且兼具稳定性的催化剂仍是未来研究者要面临的一大挑战㊂参考文献References1 ㊀HE C CHENG J ZHANG X et al.Recent advances in thecatalytic oxidation of volatile organic compounds A review based on pollutant sorts and sources J .Chemical Reviews 2019 119 7 4471 4568.2 ㊀LEWIS A.The changing face of urban air pollution J .Science 2018 359 6377 744 745.3 ㊀JIAN Y TIAN M HE C et al.Efficient propane low-temperature destruction by Co3O4crystal facets engineeringUnveiling the decisive role of lattice and oxygen defects and surface acid-base pairs J .Applied Catalysis BEnvironmental 2021 283 1 10.4 ㊀ZHANG S YOU J KENNES C et al.Current advances ofVOCs degradation by bioelectrochemical systems A review J .Chemical Engineering Journal 2018 334 2625 2637.5 ㊀ZHAO S HU F LI J.Hierarchical core-shell Al2O3@Pd-CoAlO microspheres for low-temperature toluene combustion J .ACS Catalysis 2016 6 6 3433 3441.6 ㊀LIU Y LI X LIAO W et al.Highly active Pt/BN catalystsfor propane combustion The roles of support and reactant-induced evolution of active sites J .ACS Catalysis 2019 92 1472 1481.7 ㊀ZHOU L ZHANG B LI Z et al.Amorphous-microcrystalcombined manganese oxides for efficiently catalytic combustion of VOCs J .Molecular Catalysis 2020 489 1 10.8 ㊀HU J LI W LIU R.Highly efficient copper-dopedmanganese oxide nanorod catalysts derived from CuMnO hierarchical nanowire for catalytic combustion of VOCs J .Catalysis Today 2018 314 147 153.9 ㊀ZHAO P CHEN J YU H et al.Insights into propanecombustion over MoO3promoted Pt/ZrO2catalysts The generation of Pt-MoO3interface and its promotional role on catalytic activity J .Journal of Catalysis 2020 391 80 90.10 DONG F HAN W GUO Y et al.CeCoOx-MNS catalystderived from three-dimensional mesh nanosheet Co-based metal-organic frameworks for highly efficient catalytic combustion of VOCs J .Chemical Engineering Journal 2021405 1 10.11 LI X LIU Y LIAO W et al.Synergistic roles of Pt0and Pt2+species in propane combustion over high-performance Pt/AlF3 catalysts J .Applied Surface Science 2019 475 524 531.12 DONG T LIU W MA M et al.Hierarchical zeoliteenveloping Pd-CeO2nanowires An efficient adsorption/ catalysis bifunctional catalyst for low temperature propane total degradation J .Chemical Engineering Journal 20203931 10.13 WU J CHEN B YAN J et al.Ultra-active Ru supported on81。
燃烧化学动力学的研究进展近年来，燃烧化学动力学领域取得了重要的研究进展。
燃烧化学动力学是研究化学反应速率随温度、压力和反应物物质浓度等条件的变化规律以及反应机理的科学。
燃烧化学动力学的研究有助于解释燃烧过程中的各种现象，从而提高燃烧效率，降低污染排放，进一步推动能源领域的可持续发展。
一、催化剂的研究催化剂是促进反应速率的物质，在燃烧化学动力学中起到了重要作用。
研究催化剂的性质和反应机理能够改善燃烧过程中的能量转换和物质转化。
近年来，多种新型催化剂被设计和制备出来，并应用于燃烧产业，如金属-有机骨架(HM-SOC)催化剂和金属-氧化物复合催化剂等。
这些催化剂具有高效的活性和选择性，在燃烧反应中能够减少有害物质的排放，提高燃烧效率，进一步推动能源领域的可持续发展。
二、反应动力学的研究反应动力学是研究化学反应速率随温度、压力和反应物物质浓度等条件变化规律的科学。
随着实验技术和计算方法的发展，反应动力学研究的可靠性和精确性得到了提高。
近年来，随着分子动力学模拟和量子化学计算的应用，研究者们得以深入了解反应的机理和速率参数。
借助反应动力学的研究，可以进一步了解化学反应中的各种现象，如不同温度下反应速率的变化规律，反应过程中分子的碰撞和转化等，有助于提高燃烧效率和降低污染排放。
三、热解反应的研究热解反应是指在高温和高压的条件下，热分解固体、液体或气体，生成反应产物的过程。
这种反应方式通常用于燃烧物的处理和能源的转化。
近年来，研究者对热解反应机理和反应动力学进行了深入探索。
其中，黏弹性流体模型(VEM)被应用于非均相反应模型的研究，并在燃烧分析、聚能材料和高分子材料等领域取得了重要进展。
在此基础上，研究者们进一步探索了热解反应的压力、温度、反应物物质浓度等参数对反应速率的影响，并提出了一些有效的方案，如微波辐射、超声波处理等，来加快反应速率，提高反应效果。
四、机理研究的进展反应机理是指化学反应过程中，反应物最终通过哪些中间体转化为产物的描述。
吸脱附催化燃烧引言吸脱附催化燃烧是一种重要的废气处理技术，广泛应用于工业生产中。
本文将对吸脱附催化燃烧的原理、应用、优缺点以及未来发展进行综述。
一、吸脱附催化燃烧的原理吸脱附催化燃烧是利用催化剂对废气中的有机物进行吸附，然后通过高温氧化将有机物转化为无害物质的过程。
其主要原理包括以下几个方面：1. 吸附催化剂具有较大的表面积，能够将废气中的有机物捕获到表面上。
吸附过程会发生物理吸附和化学吸附两种方式。
物理吸附主要是通过范德华力和静电作用，催化剂表面上的孔道能够吸附废气中的大分子有机物。
化学吸附则是指有机物与催化剂表面发生化学反应形成键合。
2. 脱附在吸附饱和后，通过加热催化剂，有机物会发生脱附，即从催化剂表面释放出来。
脱附过程中温度的控制非常重要，高温会导致有机物再次氧化生成有害物质，低温则无法有效地脱附。
3. 催化燃烧脱附后的有机物会进入催化剂的活性中心，通过与催化剂上的氧发生反应，进行催化燃烧。
此过程能够将有机物转化为CO2、H2O等无害物质，并产生热能。
二、吸脱附催化燃烧的应用吸脱附催化燃烧广泛应用于工业生产过程中的废气处理。
以下是几个常见应用领域的介绍：1. 石化行业石化行业的废气中通常含有大量的有机物，使用吸脱附催化燃烧技术能够将这些有机物高效地转化为无害物质，减少对环境的污染。
2. 印刷行业印刷行业产生的废气中含有挥发性有机物，这些有机物对人体健康有害。
吸脱附催化燃烧技术可以将印刷废气中的有机物净化，减少空气中的有害物质浓度。
3. 化工行业化工行业生产过程中产生大量的废气，其中含有多种有机物。
采用吸脱附催化燃烧技术可以有效地处理这些废气，达到环境排放标准。
三、吸脱附催化燃烧的优缺点吸脱附催化燃烧技术具有许多优点，但也存在一些缺点。
下面将对其优缺点进行分析：优点•高效：吸脱附催化燃烧技术能够将废气中的有机物高效地转化为无害物质，具有高处理效率。
•经济：催化剂寿命较长，能够多次使用，降低了废气处理的成本。
催化燃烧Cl-VOCs最新研究进展催化燃烧Cl-VOCs研究背景及意义我国二噁英的污染现状及处理方法报告内容催化燃烧Cl-VOCs的研究进展催化燃烧研究方向及工作重点催化燃烧Cl-VOCs研究背景及意义含氯挥发性有机物（Cl-VOCs）是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa，常压下沸点在260℃以下的含氯有机物。
一般认为，Cl-VOCs具有较强的毒性，它的排放会引起严重的环境污染，对人们的健康造成严重威胁。
因此，对于Cl-VOCs的监测和处理具有极大的现实意义。
Cl-VOCs的来源主要有城市垃圾焚烧、金属冶炼、农药生产、涂料染料工业等工业过程排放出来的废气。
在众多的Cl-VOCs中，二噁英毒性最大，对环境的影响最严重。
因此对于Cl-VOCs的监测处理，目前主要集中于二噁英这类化合物上。
二噁英毒性染料化工、有机氯化工等工业产生的废渣，未进行有效处理我国二噁英的污染现状及处理方法城市垃圾焚烧、金属冶炼、燃煤燃油；我国近年来兴起的城市垃圾焚烧发电是导致二噁英排放量增加的重要原因二噁英污染农药、造纸业工业生产废水的排放，血吸虫防区曾大量使用的五氯酚纳将副产物二噁英带入水体我国二噁英排放标准年制定《生活垃圾焚烧污染控制标准》，垃圾焚烧烟气二噁英排放浓度选用催化燃烧Cl-VOCs的研究进展催化剂优点缺点贵金属燃烧温度低、催化活性高价格昂贵、容易中毒过渡金属氧化物价廉易得、催化活性较稳定催化活性略低贵金属催化剂选择合适的催化剂载体的协同作用，促进表面吸附氯的脱除CeO x催化剂Mn基催化剂Cr基催化剂W-V-Ti催化剂Dai等制备了CeO x催化剂，所得催化剂在205℃对三氯乙烯的降解率可达90%，但20h后其活性迅速降至60%。
他们发现，CeO x催化剂中毒是因为产物中的Cl2和HCl被吸附在催化剂表面，导致催化剂反应活性中心减少。
Wang等采用溶胶-凝胶法制备了MnO x-CeO2混合氧化物催化剂，MnO2/CeO2摩尔比为0.86时，在350℃下16h内对氯苯的降解率一直保持在100%左右；他们认为MnO x的掺入是催化剂具有更多表面活性氧和更好的脱除催化剂表面吸附氯能力。
甲烷催化燃烧反应机理及催化燃烧剂研究进展[摘要]：本文介绍了甲烷催化燃烧剂中活性成分、载体和添加剂的种类，以及催化燃烧剂制备方法和条件对其催化燃烧性能的影响；分析了甲烷催化燃烧剂失活的原因和甲烷反应机理。
指出床层温度和积碳是导致催化燃烧剂失活的主要因素，必须从甲烷催化燃烧剂和工艺技术方面加以改进；开发高比表面积复合载体、添加稀土元素、开发新型耐硫、热稳定性高的甲烷催化燃烧剂、改进流化床甲烷技术是甲烷研究的主要方向。
[关键词]：甲烷；催化燃烧剂；反应机理1甲烷催化燃烧工艺研究现状甲烷反应的一个重要工业应用是去除富氢气体(如合成氨和燃料电池)中的微量CO，但更有趣的应用是煤/生物质能气化成天然气的甲烷过程。
煤制天然气工艺一般包括煤气化、合成气转化、提纯和甲烷。
首先，煤气化使煤颗粒在高温下与蒸汽和氧气反应，得到粗制合成气。
主要成分包括H2、Co、CO2、H2O、CH4和少量碳氢化合物，包括S和Cl杂质。
其组分含量与气化工艺条件、反应器类型和气化剂密切相关；由于原油合成气中含有焦油、S/Cl等微量杂质，会破坏后续反应器的甲烷催化燃烧剂，需要气体净化装置进行处理；纯化后，通过水气变换反应将H2和CO的比例调整到3左右；进入甲烷反应单元和净化单元，得到甲烷(>95%)[1]。
2制备条件对甲烷催化燃烧剂添加剂性能的影响有研究数据表明，当活性成分含量较低时，共沉淀法得到的催化燃烧剂活性位点数会受到一定影响[2]。
这样，当低含量的镍被覆盖在载体中时，可以接触到的活性位点数量就会减少。
而浸渍法制备的低活性组分催化燃烧剂可以以单层或单层分散的形式存在，其表面存在许多活性点。
在实际的反应过程中，除上述两种方法外，采用研磨混合加载法的概率也较高。
这种方法是将氧化物和载体的活性成分一起研磨成粉末，搅拌混合均匀，挤压成条状，再制成催化燃烧剂。
在催化燃烧剂制备过程中，焙烧是一个不可忽视的重要操作步骤。
由于焙烧温度对活性组分与载体的相互作用有一定的影响，不同的焙烧温度会导致活性组分的降低和分散难度不同，从而影响催化燃烧剂的性能。
催化燃烧（RCO）处理工业废气关键技术研究近年来，随着工业化进程的加快和环境污染的日益严重，工业废气治理成为了一项亟待解决的重大问题。
工业废气中含有多种有害物质，如挥发性有机化合物（VOCs）、氮氧化物（NOx）和二氧化硫（SO2）等，对环境和人类健康造成了严重危害。
催化燃烧（RCO）技术是一种高效的工业废气治理方法，已经成为工业废气治理领域的研究热点。
在工业废气管理中，RCO技术利用催化剂促进氧化反应的进行，将有害气体转化为无害的二氧化碳和水，达到减少和消除废气中有害物质的目的。
本文将针对RCO技术的关键技术进行深入研究和探讨，以期为工业废气治理提供更有效的技术支持。
一、催化剂的研发和选取作为RCO技术的核心部分，催化剂的选择和研发对于RCO技术的工艺性能具有决定性的影响。
目前，研究者们主要关注于寻找具有高活性和热稳定性的催化剂，以满足RCO技术对于高温和长期运行的要求。
针对不同工业废气的特性和成分，需要设计合适的催化剂配方和催化剂载体结构，以提高催化剂的活性和稳定性。
还需要选择具有良好耐受性和抗中毒性的催化剂，以应对废气中有害物质的多样性和不确定性。
未来的研究方向包括利用纳米技术和多相界面协同效应，开发新型高效的催化剂，以进一步提高RCO技术的治理效率。
二、温度控制与热管理在RCO技术中，温度是影响废气治理效率的重要因素。
过低的温度会降低催化反应的活性，而过高的温度则会降低催化剂的稳定性。
合理的温度控制和热管理对于RCO技术的运行至关重要。
目前，研究者们主要通过设计合理的RCO反应器结构和配置适当的热能回收装置来解决温度控制和热管理的问题。
温度控制与热管理技术的发展将推动RCO技术向着更高效、更稳定的方向发展，为工业废气治理提供更可靠的技术保障。
三、催化剂失活与再生技术在RCO技术的运行过程中，催化剂由于长期受到有害物质的影响，容易出现失活现象，从而降低了其活性和稳定性。
催化剂的失活与再生技术成为RCO技术研究的重要方向。
催化反应动力学研究进展归纳总结催化反应动力学研究是化学领域的重要分支之一，它关注催化剂在化学反应中的作用机理和反应动力学特性。
随着催化反应在工业生产和能源转化中的广泛应用，催化反应动力学研究逐渐成为化学界的热门研究领域。
本文将对近年来催化反应动力学研究的一些重要进展进行归纳总结。
首先，催化反应动力学研究在机理解析方面取得了显著进展。
通过使用表面科学技术，如扫描隧道显微镜（STM）和X射线光电子能谱（XPS），研究人员能够直接观察和分析催化剂表面的原子结构及其与反应物之间的相互作用。
利用这些技术，我们能够更好地理解催化剂的活性位点以及反应物与活性位点之间的相互作用机制。
此外，量子化学计算方法的应用也为理解催化反应的机理提供了重要的理论支持。
其次，在催化剂设计与改进方面取得了一系列重要成果。
催化剂是催化反应中的关键因素，它能够降低反应活化能并提高反应速率。
近年来，研究人员通过改变催化剂的活性位点结构、晶体形貌、尺寸和成分等方面的设计，成功开发了许多高效催化剂。
例如，通过调控纳米催化剂的尺寸和形态，能够调控其表面活性位点的密度和可利用程度，从而提高催化剂的催化性能。
此外，合成催化剂材料和构建催化反应体系也成为了研究热点。
通过合成多相催化剂体系，如合金、核壳结构和复合材料等，能够实现多组分协同催化，从而提高反应活性和选择性。
同时，反应机理建模与动力学模拟在催化反应研究中的应用也取得了显著的进展。
基于量子化学计算方法和分子动力学模拟技术，研究人员能够预测催化反应的反应路径和动力学行为。
这种模拟方法可以提供分子水平上的详细信息，例如反应中间体的结构和能量变化，从而揭示催化反应的机理。
此外，模拟方法还可以用于优化催化体系的设计和操作条件的选择，从而提高催化反应的效率和选择性。
近年来，还有一些有趣的研究领域在催化反应动力学研究中引起了广泛关注。
例如，研究人员开始关注非均相催化反应中的界面和巨观效应，以及催化反应的动力学驱动力与催化剂性质之间的相关性。
霍加拉特催化剂催化燃烧vocs研究综述
霍加拉特催化剂-用于催化燃烧VOCs的令人兴奋的新思路
VOCs即挥发性有机化合物，是影响居室环境健康的重要污染物。
在努力减少重污染的今天，对VOCs的催化燃烧是一个非常重要的研究方向。
霍加拉特催化剂是一种新型催化剂，是指一种具有吸附能力和分解VOCs的催化剂。
它具有高活性、高选择性、稳定性和经济性等优点，因此是催化燃烧VOCs 的理想材料。
目前，为了提高霍加拉特催化剂的催化活性，科学家们采取了三种常用方法，分别是改性材料表面、构筑催化剂结构和优化催化剂制备工艺。
改性表面研究主要集中在改变霍加拉特催化剂的比表面积、大小以及表面化学性质。
此外，科学家们还采用了生物模拟构筑技术、多元复合材料制备技术以及含氧内团等技术来制备构筑结构催化剂。
最后，科学家们还研究了催化剂的制备工艺，如酸处理、膨胀技术以及低温还原剂等。
这些改进技术最终促进了霍加拉特催化剂的开发，使它能够在低温下有效地燃烧VOCs。
实验研究表明，霍加拉特催化剂可以实现有效的催化燃烧VOCs，其催化活性和稳定性优于其他催化剂。
然而，有关霍加拉特催化剂的研究仍存在一些不足，如催化性能不足、寿命低、制造过程复杂等。
因此，有必要继续开展研究，尤其是在改性体系和制备工艺上加以改进，以研制出更具有效性、可持续性和稳定性的高性能结构催化剂。
值得一提的是，不管是用于空气净化还是用于催化燃烧VOCs，霍加拉特催化剂的技术都显示出了令人振奋的发展速度。
未来，随着相关技术的研究，它将取得更大的进步，并且为减少重污染、提高空气质量提供更大的帮助。
催化燃烧技术研究进展综述
发表时间：2018-08-14T10:35:54.717Z 来源：《基层建设》2018年第21期作者：周灵怡郭士义龚燕雯[导读] 摘要：本文概述了催化燃烧的VOCs治理技术，从催化剂活性组分、催化剂结构、形状、制备等角度，阐述现在芳烃催化燃烧的发展趋势。
上海电气电站环保工程有限公司上海 201600 摘要：本文概述了催化燃烧的VOCs治理技术，从催化剂活性组分、催化剂结构、形状、制备等角度，阐述现在芳烃催化燃烧的发展趋势。
关键词：芳烃；催化燃烧；催化剂前言：
催化燃烧是一个气-固相催化反应，其实质是活性氧参与深度氧化作用。
在催化燃烧过程中，催化剂降低反应的活化能，同时使反应物分子富集于催化剂表面，以提高反应速率。
借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧，并氧化分解成为CO2和H2O，同时放出大量热量，达到了净化废气的目的。
反应过程如式（l-l）所示：
式中m、n为整数；Q为反应放出的热量 VOCs催化燃烧技术中，关键是催化剂的研制，其性能的优劣对废气销毁效率和能耗有着决定性的影响。
按照催化剂所用的活性组分不同，催化剂可以分为贵金属催化剂和非贵金属氧化物催化剂两大类。
按照催化剂的形状不同，催化剂可以分为颗粒催化剂和整体式催化剂两大类。
1、催化剂概述
1.1 催化剂的活性组分催化剂中活性组分是最重要的组成部分，直接影响催化效果，按照催化剂所使用的活性组分，可将催化剂分为贵金属催化剂和过渡金属催化剂两大类。
1.2 催化剂形状
催化剂的形状不仅影响反应器压力降，也影响反应物和产物的扩散速度，以及反应选择性和转化率。
因此，在催化燃烧反应过程中，催化剂在床层中的形状对催化剂的催化燃烧性能有很大的影响。
常用催化剂按形状可分为颗粒状和整体式催化剂两大类。
（1）颗粒状催化剂
催化燃烧是一个强放热反应，颗粒催化剂在反应中会产生 “热点”和局部高温，催化剂易烧结失活；同时，颗粒催化剂床层压降高，当含有粉尘的废气通过时，床层易被阻塞；另外颗粒催化剂强度低，易破损，阻力大。
因此，颗粒催化剂并不适合催化燃烧空速和热效应较大的工业有机废气。
（2）整体式催化剂
整体式催化剂是指一个反应器中只有一块催化剂，英文名叫Monolith，通常为具有许多狭窄、直的或是弯曲的平行通道的整体结构催化剂[1]，因而对催化燃烧空速和热效应较大的工业有机废气具有很好的应用前景。
催化活性组分负载在通道的壁面上，这些通道为催化剂活性组分与反应气体提供了尽可能大的接触面积，同时也使气体的压力降降到最低。
与传统的颗粒催化剂相比，整体式催化剂具有以下优点[2]：1）床层压降大幅降低；2）催化活性物质涂层薄，内表面利用率高，特别适用反应速度快、空速大和处于传质控制过程的催化燃烧反应；3）气流分布均匀，无热点和沟流现象，反应器径向和轴向的温度梯度大大减小；4）不产生粉尘，也不易被外来粉尘堵塞；5）机械强度和热稳定性较好；6）安装简单，既可水平安装（气流水平方向通过），也可垂直安装（气流上下通过）。
整体式催化剂一般由活性组分和助剂、载体或涂层和基体三部分组成。
基体主要起承载催化涂层的作用，主要分为两类，一类是陶瓷基体（如堇青石、氧化铝、莫来石）；另外一类是金属基体（如Fe-Cr-Al合金、金属丝网）。
图1 蜂窝陶瓷基体图2 蜂窝金属基体①蜂窝陶瓷基体
蜂窝陶瓷基体大多以耐熔性氧化物、铝酸盐和硅酸盐材料（如氧化铝、氧化镁、二氧化钛、石英、二氧化锆、尖晶石、堇青石和碳化硅等）作为原料，由于堇青石蜂窝陶瓷价格便宜、原材料易得、生产工艺简单和性能基本满足使用需要，且与各种催化剂活性组分良好的匹配性，孔壁薄热膨胀系数和耐热冲击性好等优点，大多数厂家均将其作为整体式催化剂的基体。
但是，蜂窝陶瓷基体也有一些不足：1）一般制作工艺的蜂窝孔径和壁厚还不能制得很小，使进一步提高催化强度和降低床层压降受到限制；2）陶瓷导热性差，热容量大；3）用于汽车尾气处理时，陶瓷的机械强度还不完全经受得住行车过程中的气流冲击和机械震动。
②蜂窝金属基体
与蜂窝陶瓷基体相比，蜂窝金属基体具有以下优点[3]：1）导热系数大，可以快速地将热量传递，从而达到启动温度或将热量散发；2）壁薄、质轻、床层压降小；3）机械强度高，耐振动；4）良好的延展性，易于加工成型；5）金属丝网基体具有三维多孔结构，允许气流在多个孔道内交错流动，具有更大的传热速率和传质效率。
因此，金属蜂窝基体克服陶瓷蜂窝基体的质脆、导热性差等缺点。
但是金属基体也存在热膨胀系数高，涂层与金属基体粘结强度不高、易脱落、工艺复杂、价格相对较高等一系列问题，因此其不如陶瓷基体应用广泛。
（3）整体式催化剂制备
整体式催化剂的制备方式主要有两种，一种是在催化剂基体（如堇青石蜂窝基体或金属蜂窝基体）上涂覆氧化铝凝胶等复合氧化物凝胶等复合氧化物涂层，然后再浸渍贵金属。
另一种是先把贵金属浸渍在催化剂载体（如氧化铝或其他材料）上，然后再制备成浆液涂敷在催化剂基体上。
两种方式中，前者的制备工艺较为简单，但由于该过程先在催化剂基体上涂覆氧化铝凝胶，制得的氧化铝涂层牢固度不够，易脱落，且贵金属在基体上的分散性不好；后一种制备方法中贵金属分散较好，且涂层较为稳定，牢固度强。
因此，目前大多采用后一种制备方法[4]。
2、用于芳烃催化燃烧催化剂的发展趋势
目前国内外对用于催化燃烧处理芳烃废气催化剂研究的发展趋势是：
（1）虽然非贵金属催化剂成本低，热稳定性相对较好，但催化活性低、起燃温度高，难以实现工业应用。
贵金属催化剂具有其他金属无可比拟的优越性，但是稳定性较差、价格昂贵，资源短缺，制约了其大规模应用。
所以目前对催化燃烧催化剂的研究，主要是通过添加非贵金属改善贵金属催化剂的织构、结构、氧化还原等性能，提高催化剂的活性和选择性、稳定性，降低贵金属用量，实现单原子催化也成为贵金属催化领域的研究热点。
（2）目前的研究对象大多集中于易被催化燃烧的甲苯，但对结构稳定和毒性大的苯报道较少。
另外，处理对象单一，大多数研发工作是在CH4、脂肪烃、醇、醛、甲苯等单一VOCs上进行，而实际工业气体往往组成非常复杂，含有醛、醇和芳烃（如苯）及杂原子（Cl、N、S）有机物等。
由处理一种VOCs到同时处理多种VOCs，及VOCs和其他污染物的混合物。
（3）催化燃烧与其它控制技术相结合，使其应用范围更广、处理效率更高，能耗更低：如吸附-催化燃烧、冷凝-催化燃烧等。
（4）对氧化机理和反应动力学尚缺乏深入的研究，特别对发生在催化剂上的反应路径和分子活性氧需要更深入理解。
此外，多种有机废气混合，易引起催化剂失活，这一系列复杂的问题有待进一步探索。
结束语：
综上所述，开发一种低温催化活性高、稳定性好、效率高、可应用性强并以苯为目标分子的低含量贵金属-非贵金属整体式催化剂已成为处理芳烃废气催化剂的发展趋势，不仅可为社会带来巨大的环境效益和经济效益，同时也能为其他有毒VOCs的治理提供有力的技术支撑。
参考文献：
[1]Skoglundh M，Löwendahl L O，Otterated J E. Combinations of platinum and palladium on alumina supports as oxidation catalysts[J]. Applied catalysis，1991，77（1）：9-20.
[2]Roldán R，Beale A M，Sánchez-Sánchez M，et al. Effect of the impregnation order on the nature of metal particles of bi-functional Pt/Pd-supported zeolite Beta materials and on their catalytic activity for the hydroisomerization of alkanes[J]. Journal of catalysis，2008，254（1）：12-26.
[3]Veser G，Ziauddin M，Schmidt L D. Ignition in alkane oxidation on noble-metal catalysts[J]. Catalysis Today，1999，47（1）：219-228.
[4]余鸿敏，卢晗锋，陈银飞. Pt掺杂对Cu-Mn-Ce复合氧化物催化燃烧性能的影响[J]. 化工学报，2011，62（4）：947-952.。
