催化燃烧技术研究进展综述

来源：admin（传梦环保整理发布）时间：2020-01-22

催化燃烧技术研究进展综述

摘要：本文概述了催化燃烧的VOCs治理手艺，从催化剂活性组分、催化剂布局、外形、制备等角度，论述此刻芳烃催化燃烧的成长趋向。

关头词：芳烃；催化燃烧；催化剂

媒介：

催化燃烧是一个气-固相催化反映，实在质是活性氧介入深度氧化感化。在催化燃烧进程中，催化剂下降反映的活化能，同时使反映物份子富集于催化剂概况，以进步反映速度。借助催化剂可以使有机废气在较低的起燃温度前提下产生无焰燃烧，并氧化分化成为CO2和H2O，同时放出年夜量热量，到达了净化废气的目标。

VOCs催化燃烧手艺中，关头是催化剂的研制，其机能的好坏对废气烧毁效力和能耗有着决议性的影响。依照催化剂所用的活性组分分歧，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年夜类。依照催化剂的外形分歧，催化剂可以分为颗粒催化剂和整体式催化剂两年夜类。

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复要的构成部门，直接影响催化效验，依照催化剂所利用的活性组分，可将催化剂分为贵金属催化剂和过渡金属催化剂两年夜类。

1.2 催化剂外形

催化剂的外形不但影响反映器压力降，也影响反映物和产品的分散速度，和反映挑选性和转化率。是以，在催化燃烧反映进程中，催化剂在床层中的外形对催化剂的催化燃烧机能有很年夜的影响。经常使用催化剂按外形可分为颗粒状和整体式催化剂两年夜类。

（1）颗粒状催化剂

催化燃烧是一个强放热反映，颗粒催化剂在反映中会发生 “热门”和局部高温，催化剂易烧结掉活；同时，颗粒催化剂床层压降高，当含有粉尘的废气经由过程时，床层易被梗阻；别的颗粒催化剂强度低，易破旧，阻力年夜。是以，颗粒催化剂其实不合适催化燃烧空速和热效应较年夜的产业有机废气。

（2）整体式催化剂

整体式催化剂是指一个反映器中只有一块催化剂，英文名叫Monolith，凡是为具有很多狭小、直的或是曲折的平行通道的整体布局催化剂[1]，因此对催化燃烧空速和热效应较年夜的产业有机废气具有很好的利用远景。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映气体供给了尽量年夜的接触面积，同时也负气体的压力降降来最低。与传统的颗粒催化剂比拟，整体式催化剂具有以下长处[2]：1）床层压降年夜幅下降；2）催化活性物资涂层薄，内概况操纵率高，出格合用反映速度快、空速年夜和处于传质节制进程的催化燃烧反映；3）气流散布平均，无热门和沟流现象，反映器径向和轴向的温度梯度年夜年夜减小；4）不发生粉尘，也不容易被外来粉尘梗塞；5）机械强度和热稳固性较好；6）安装简单，既可程度安装（气流程度标的目的经由过程），也可垂直安装（气流上下经由过程）。

整体式催化剂普通由活性组分和助剂、载体或涂层和基体三部门构成。基体首要起承载催化涂层的感化，首要分为两类，一类是陶瓷基体（似堇青石、氧化铝、莫来石）；别的一类是金属基体（似Fe-Cr-Al合金、金属丝网）。

① 蜂窝陶瓷基体

蜂窝陶瓷基体年夜多以耐熔性氧化物、铝酸盐和硅酸盐材料（似氧化铝、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，因为堇青石蜂窝陶瓷价钱廉价、原材料易得、出产工艺简单和机能根基知足利用需要，且与各类催化剂活性组分杰出的匹配性，孔壁薄热膨胀系数和耐热冲击性好等长处，年夜大都厂家均将其作为整体式催化剂的基体。可是，蜂窝陶瓷基体也有一些不足：1）普通建造工艺的蜂窝孔径和壁厚还不克不及制得很小，使进一步进步催化强度和下降床层压降遭到限制；2）陶瓷导热性差，热容量年夜；3）用于汽车尾气处置时，陶瓷的机械强度还不完全承受得住行车进程中的气流冲击和机械震动。

② 蜂窝金属基体

与蜂窝陶瓷基体比拟，蜂窝金属基体具有以下长处[3]：1）导热系数年夜，可以快速地将热量传递，从而到达启动温度或将热量披发；2）壁薄、质轻、床层压降小；3）机械强度高，耐振动；4）杰出的延展性，易于加工成型；5）金属丝网基体具有三维多孔布局，答应气流在多个孔道内交织活动，具有更年夜的传热速度和传质效力。是以，金属蜂窝基体降服陶瓷蜂窝基体的质脆、导热性差等错误谬误。可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、价钱相对较高档一系列题目，是以其不似陶瓷基体利用普遍。

（3）整体式催化剂制备

整体式催化剂的制备体例首要有两种，一种是在催化剂基体（似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。另外一种是先把贵金属浸渍在催化剂载体（似氧化铝或其他材料）上，然后再制备成浆液涂敷在催化剂基体上。两种体例中，前者的制备工艺较为简单，但因为该进程先在催化剂基体上涂覆氧化铝凝胶，制得的氧化铝涂层坚固度不敷，易脱落，且贵金属在基体上的分离性欠好；后一种制备方式中贵金属分离较好，且涂层较为稳固，坚固度强。是以，今朝年夜多摘用后一种制备方式[4]。

2、用于芳烃催化燃烧催化剂的成长趋向

今朝国表里对用于催化燃烧处置芳烃废气催化剂研究的成长趋向是：

（1）固然非贵金属催化剂本钱低，热稳固性相对较好，但催化活性低、起燃温度高，难以实现产业利用。贵金属催化剂具有其他金属无可对比的优胜性，可是稳固性较差、价钱昂贵，资本欠缺，制约了其年夜范围利用。所以今朝对催化燃烧催化剂的研究，首要是经由过程添加非贵金属改良贵金属催化剂的织构、布局、氧化还原等机能，进步催化剂的活性和挑选性、稳固性，下降贵金属用量，实现单原子催化同样成为贵金属催化范畴的研究热门。

（2）今朝的研究对象年夜多集中于易被催化燃烧的甲苯，但对布局稳固和毒性年夜的苯报导较少。别的，处置对象单一，年夜大都研发工作是在CH4、脂肪烃、醇、醛、甲苯等单一VOCs长进行，而现实产业气体常常构成很是复杂，含有醛、醇和芳烃（似苯）及杂原子（Cl、N、S）有机物等。由处置一种VOCs来同时处置多种VOCs，及VOCs和其他污染物的夹杂物。

（3）催化燃烧与其它节制手艺相连系，使其利用范畴更广、处置效力更高，能耗更低：似吸附-催化燃烧、冷凝-催化燃烧等。

（4）对氧化机理和反映动力学尚缺少深切的研究，出格对产生在催化剂上的反映路径和份子活性氧需要更深切了解。另外，多种有机废气夹杂，易引发催化剂掉活，这一系列复杂的题目有待进一步摸索。

完结语：

综上所述，开辟一种低温催化活性高、稳固性好、效力高、可利用性强并以苯为方针份子的低含量贵金属-非贵金属整体式催化剂已成为处置芳烃废气催化剂的成长趋向，不但可为社会带来宏大的情况效益和经济效益，同时也能为其他有毒VOCs的治理供给有力的手艺支持。

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，Scht 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搀杂对Cu-Mn-Ce复合氧化物催化燃烧机能的影响[J]. 化工学报，2011，62（4）：947-952.