VOCs催化燃烧特性及影响因素研究进展

贵金属催化剂催化燃烧挥发性有机物(VOCs)：活性组分、载体性质等的影响讨论背景：挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)是指常温下沸点为50～260 ℃的一系列有机化合物，是重要的大气污染物。

VOCs不仅参加光化学烟雾的形成，还可导致呼吸道和皮肤刺激，甚至诱使机体产生癌变，对环境和人体健康构成了很大威逼。

因此，VOCs处理技术日益受到重视。

已开展应用的VOCs处理技术包括汲取法、吸附法、冷凝法、膜分别法、生化法、低温等离子体法、光催化氧化法、直接燃烧法和催化燃烧法等。

其中，催化燃烧法可以处理中、低浓度的VOCs，在相对较低的温度下实现催化氧化，降低了能耗，削减了二次污染物的排放，目前已成为消退VOCs最重要的技术之一。

催化剂的设计合成是催化燃烧技术的关键。

贵金属因优异的低温催化活性和稳定性而受到讨论者的广泛关注。

贵金属价格昂贵，储量稀缺，为提高其使用效率，通常将贵金属负载到载体上，得到负载型催化剂。

本文讨论了近期贵金属催化剂对VOCs催化燃烧的文献报道，从活性组分、载体两方面对最新的成果进行综述，将为今后催化燃烧VOCs的讨论供应肯定参考。

一摘要催化燃烧技术是目前处理挥发性有机物(VOCs)最有效的技术之一。

在用于催化燃烧VOCs的催化剂中，贵金属因其优异的催化活性而受到众多关注。

从活性组分和载体两方面，对贵金属催化剂催化燃烧VOCs的最新报道进行综述。

目前，催化剂活性组分的讨论重点在于铂、钯、金等单组分贵金属的改性和双组分贵金属的设计合成；对载体的讨论主要涉及酸性、孔结构以及载体与金属的强相互作用。

将来还需进一步提名贵金属催化剂的抗中毒性能。

二活性组分贵金属催化剂通常以Pt、Pd、Au等金属作为活性组分，其中对Pt、Pd的讨论起步较早，对Au的讨论也在近几年内得到了更多关注。

表1总结了近期关于贵金属催化剂的讨论成果。

1.Pt催化剂总体上看，Pt催化剂对苯、甲苯具有较高的催化燃烧活性，在处理含氯VOCs时有更高的CO2选择性，但难以催化氧化乙酸乙酯，且易受CO中毒的影响。

挥发性有机物（VOCs）治理技术研究进展及探讨挥发性有机物（VOCs）是指在常温下易挥发的有机化合物，它们在大气中的存在对人类健康和环境造成了严重影响。

VOCs的治理技术一直是环境保护领域的热门研究课题。

本文将对VOCs治理技术的研究进展进行梳理和探讨，以期为相关领域的研究和实践提供一定的参考和借鉴。

一、VOCs的来源和影响VOCs主要来源于工业生产、机动车尾气、溶剂使用、印刷、油漆等过程，同时也包括一些天然来源，如植物挥发的芳香物质。

VOCs对环境和人体健康的影响主要体现在以下几个方面：1. 大气污染: VOCs是造成大气污染的主要原因之一。

在大气中，VOCs会与氮氧化物等其他污染物发生复杂的化学反应，产生臭氧、低级别臭氧和其他有害化合物，从而危害人们的健康。

2. 环境污染: VOCs释放到土壤和水体中后，不仅会影响土壤和水质的生态平衡，还会对生物体造成伤害。

3. 人体健康: 长期暴露在VOCs环境中会对人体的呼吸道、肝脏、中枢神经系统等造成危害，甚至引发癌症。

有效治理VOCs对保护环境和人类健康具有重要意义。

二、VOCs治理技术概述VOCs的治理技术主要包括以下几种类型：1. VOCs的控制技术: 包括在源头减排、装置改进、设备污染物排放标准控制等措施。

通过技术手段降低VOCs的排放浓度和总量，是最有效的治理手段之一。

2. VOCs的捕集和回收技术: 如吸附、凝结、吸收等技术，可直接从废气中捕集VOCs并进行回收利用，减少了对环境的污染。

3. VOCs的燃烧和氧化技术: 包括焚烧、催化氧化等方法，在高温条件下将VOCs转化为二氧化碳和水，减少了有害物质的排放。

4. 生物处理技术: 利用微生物对VOCs进行降解处理，将VOCs转化为无害的物质，是一种绿色环保的治理方法。

以上技术各有其适用的场景和局限性，需要根据实际情况选取合适的技术手段进行治理。

1. 燃烧和氧化技术的发展: 随着催化剂和燃烧技术的不断进步，VOCs的高效燃烧和氧化技术已经成为了一种较为成熟和可靠的治理手段。

2018年第37卷第1期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·319·化 工 进展燃烧处理挥发性有机污染物的研究进展户英杰，王志强，程星星，刘命，马春元（山东大学能源与动力工程学院，山东 济南 250061）摘要：随着环境问题的日益严重，治理作为PM 2.5前体的挥发性有机物（VOCs ）越来越受到重视，燃烧法是目前常用的处理VOCs 污染物技术之一。

本文从燃烧的机理出发综述了燃烧法处理VOCs 的研究进展，将燃烧法分为两大类，即非催化燃烧法和催化燃烧法。

非催化燃烧法中从燃烧方式出发，总结了直接燃烧法、蓄热式热力燃烧法、多孔介质燃烧法的研究进展，并对燃烧影响因素进行了综述。

在催化燃烧法中阐述了贵金属催化剂、非贵金属催化剂和复合金属氧化物催化剂的研究进展，探讨了催化剂的失活问题，分析了每种催化剂的优势与不足。

贵金属催化剂活性高，但是价格昂贵、稳定性差；非贵金属催化剂价格低廉、寿命长，但是起燃温度高；复合金属氧化物催化剂活性高、抗毒性强，但是制备工艺复杂。

最后基于目前的研究现状和不足，展望了未来燃烧法处理VOCs 的研究方向为：结合实际应用的工艺条件和催化燃烧的机理，制备出活性高、价格低廉、抗毒性强和寿命长的催化剂用于蓄热式催化燃烧技术；将催化燃烧和多孔介质燃烧相结合，开发出高效、稳定、经济的燃烧技术处理VOCs 污染物。

关键词：挥发性有机物；蓄热式燃烧；多孔介质燃烧；催化燃烧；催化剂中图分类号：X511 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0319–11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0740Recent progress in the removal of volatile organic compounds bycombustionHU Yingjie ，WANG Zhiqiang ，CHENG Xingxing ，LIU Ming ，MA Chunyuan（School of Energy and Power Engineering ，Shandong University ，Jinan 250061，Shandong ，China ）Abstract ：Due to the more intense environmental stress ，more attention has been paid to volatile organic compounds （VOCs ），which is a precursor of PM 2.5. Combustion is a widely used technique for the removal of VOCs. This paper reviewed the recent progress of technologies for VOCs removal by combustion. VOCs combustion can be divided into two categories ：non-catalytic combustion ，catalytic combustion. For non-catalytic combustion ，we summarized the state of art technologies of direct combustion ，regenerative combustion and porous media combustion ，and discussed the factors that affect the combustion efficiency. For catalytic combustion of VOCs ，the research progress of some main catalysts was reviewed ，in terms of noble metal catalysts ，non-noble metal catalysts and metal oxide catalysts ，the deactivation of catalyst were discussed ，the characteristics of catalyst deactivation of catalyst was discussed. The advantages and disadvantages of each kind of catalyst were pointed out. The noble metal catalysts have higher activity ，but exhibit a higher price and lower stability. Non-noble metal catalysts are cheaper and have a long lifetime ，but the ignition temperature is higher. The metal oxide catalysts have a high activity ，and good stability ，but the preparation procedure is more complex. In conclusion ，the research prospect on this field was also given.Key words ：volatile organic compounds （VOCs ）；regenerative combustion ；porous media combustion ；catalytic combustion ；catalyst通讯作者：王志强，副教授，研究方向为燃烧及污染物控制。

VOCs催化燃烧特性及影响因素研究进展1引言挥发性有机物（VolatileOrganicCompounds,VOCs）是指除甲烷及氟氯烃以外的常温下饱和蒸汽压超过70.91Pa或常压下沸点少于260℃的有机化合物，如脂肪烃、芳香烃、卤代烃、含氧烃[1]。

VOCs主要来自石油化工、建材、喷涂作业及内燃机不完全燃烧。

VOCs除了具有毒性或恶臭外，还是光化学烟雾的罪魁祸首。

近些年来，大气VOCs 污染受到人们广泛关注。

常见的VOCs污染末端控制技术主要有：吸收、吸附、冷凝、燃烧、生物降解[1-2]。

吸收、吸附及冷凝技术通常用于溶剂回收和预处理。

生物降解技术适合于极低浓度VOCs废气的处理，但降解速率慢，微生物对毒物敏感。

对于污染组分复杂，不适合回收溶剂的VOCs废气，通常采用燃烧技术。

传统的热力燃烧需要很高的燃烧温度，处理中、低浓度的VOCs时需要消耗大量的辅助燃料，存在运行成本高等缺点[2-3]。

而催化燃烧的燃烧温度低，减少或无需辅助燃料的消耗，具有运行成本低等优势，是一种高效、经济、可靠的VOCs污染控制技术。

2VOCs催化燃烧特性2.1VOCs催化燃烧的基本原理VOCs催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的剧烈氧化作用[3]。

在催化剂的作用下，VOCs在较低温度下进行无火焰燃烧被彻底氧化物CO2和H2O，释放出能量，反应方程式如式1所示。

对于CVOCs和SVOCs的催化燃烧，Cl、S分别转化为HCl/Cl2、SO2。

CmHn+(m+n/4)O2催化剂→mCO2+(n/2)H2O+Q(1)2.2催化燃烧的基本流程VOCs催化燃烧包括预热、催化反应、热回收三个基本流程。

工业排放的VOCs废气的温度通常较低，进入催化反应床之前需要预热，通常采用热交换器预热。

对于低浓度、低温度的VOCs废气，燃烧过程无法维持自身热平衡，需要消耗辅助燃料。

预热后的VOCs废气进入催化反应床，在催化剂表面发生无焰燃烧，被彻底氧化并释放出大量热能。

催化燃烧技术处理挥发性有机化合物的研究进展摘要：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/0.16Pt/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。