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VOCs催化氧化綜合敘述

VOCs催化劑大致可分為貴金屬催化劑、非貴金屬氟氧化物催化劑和混合金屬催化劑。金屬氧化物催化劑價格便宜，抗中毒性強(qiáng)，但是不耐用且效率低。通常，金屬氧化物負(fù)載在適合的載體上，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，比表面積高的載體是首*選。 1、貴金屬催化劑 負(fù)載貴金屬的催化劑以其效率高受到廣泛青睞。主要的載體是單片或者蜂窩形式的陶瓷或金屬材料。貴金屬催化劑容易因燒結(jié)或者中毒而失活，催化劑的選擇性不強(qiáng)，在氯化物存在時不穩(wěn)定。催化劑的性能取決于制備方法、前驅(qū)體類型、顆粒直徑、金屬負(fù)載量、VOC濃度、反應(yīng)器類型和氣體流速等因素。 （1）含金的催化劑 金催化劑可通過沉積沉淀法、化學(xué)蒸汽沉積和陽離子吸附的方法制備。金沉積在金屬氧化物載體上后，形成金絡(luò)合物和納米顆粒對于氧化反應(yīng)表現(xiàn)出了較高的活性。影響金催化活性的因素主要包括：載體的特性、金的負(fù)載量、制備方法等。 （2）含鈀催化劑 與其他貴金屬催化劑相比，鈀催化劑具有更高的熱穩(wěn)定性。關(guān)于是金屬態(tài)還是氧化態(tài)是催化劑活性的主要貢獻(xiàn)者存在爭論。通常多孔載體由于其Pd穩(wěn)定性，能夠提高催化劑的穩(wěn)定性。弱酸性載體催化劑活性*高。鈀基催化劑在氧化苯、甲*苯、二甲*苯和甲烷方面比其他貴金屬催化劑和混合金屬催化劑活性高。 （3）含鉑催化劑 由于其高活性和高穩(wěn)定性，鉑催化劑在VOCs催化劑氧化方面應(yīng)用廣泛。金屬氧化物和活性炭是鉑催化劑的主要載體。工業(yè)應(yīng)用受高成本和易中毒的特點(diǎn)受到一定限制，尤其是處理氯化物。在高濕度的環(huán)境下，鉑催化劑容易由于水的吸附而失活。 2、非貴金屬催化劑 負(fù)載型催化劑由于其活性組分的高度分散而表現(xiàn)出更好的活性和性能。過渡元素和稀土元素是常用的非貴金屬催化劑，非貴金屬催化劑成本較低，更加容易獲得。同時還具有壽命周期長，再生容易和不同尺寸和形狀的可獲得性。載體材料和制備方法對于催化劑的活性具有很大影響。 （1）鈷基催化劑 CO3O4是*具活性的廉價金屬催化劑之一，高活性主要與其尖晶石結(jié)構(gòu)中的流動氧物種有關(guān)。催化劑具有高還原性、較多的氧空位和高濃度的親電氧化物。CO3O4催化劑的活性主要取決于制備方法、處理條件、氧化狀態(tài)和表面積，是甲*苯和丙烷完全氧化*高*效的催化劑。 （2）鎳基催化劑 由于P型半導(dǎo)體特性，導(dǎo)致晶格中電子的缺乏，鎳基催化劑具有較高的催化活性。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電子很容易從金屬陽離子中逃逸，形成類似O-等活性組分的形成。催化劑中加入鈰后，導(dǎo)致比表面積增加和更小的催化劑顆粒，能夠有效提升催化劑性能。 （3）鈦基催化劑 鈦基催化劑廉價，材料容易獲得且化學(xué)穩(wěn)定性高。尤其在光化學(xué)催化方面活性高，可以在紫外線下降VOCs分解成CO2、酸和水。光催化反應(yīng)通常在低溫下進(jìn)行，因此適合處理室內(nèi)空氣污染。 （4）錳基催化劑 錳基催化劑成本低廉，已經(jīng)驗證對正己烷、丙*酮、苯、乙醇、甲*苯、丙烷和氮氧化合物的催化氧化具有較高活性。錳基催化劑的活性取決于催化劑結(jié)構(gòu)、制備方法、表面積、載體性能和氧化態(tài)。錳基催化劑對于正己烷和乙*酸乙酯的活性比Pt/TiO2還要高。混合價態(tài)的Mn2+/Mn3+或Mn3+/Mn4+與晶格氧的共同存在是催化劑高活性的原因。錳基催化劑遇CI元素容易中毒。 （5）銅基催化劑 氧化銅也是一種對CO、甲烷、甲醇、乙醇和乙*醛進(jìn)行深度氧化的高活性催化劑。催化劑中Cu的價態(tài)決定了氧化反應(yīng)的機(jī)理。催化劑表面的晶格氧也起著重要的作用，隨著表面晶格氧的消耗，晶格氧擴(kuò)散到催化劑表面成為反應(yīng)的限制步驟。CuO負(fù)載在AI2O3極大的加強(qiáng)了分解效率，能夠脫氫和氧化很多種VOCs。 （6）鉻基催化劑 鉻基催化劑是非常高*效的催化劑，尤其是針對鹵化VOCs。結(jié)晶氧化鉻比無定型氧化鉻更適合作為催化劑，因為前者更傾向于催化形成CO2。商業(yè)應(yīng)用的鉻催化劑由于長時間使用的失活問題而受到限制。 （7）釩基催化劑 釩基催化劑*初主要用于氮氧化合物的去除，但目前證*明對多氯污染物也有較好的效果。釩基催化劑能夠有效抵抗二氧化硫的毒性，而且具有較高的活性和選擇性，在CI2-HCI環(huán)境中仍能保持較好的穩(wěn)定性，因此，釩基催化劑適用于含有氯和VOCs和氮氧化合物的催化氧化反應(yīng)。 （8）鈰基催化劑 鈰是稀土元素儲量*豐富的元素。由于有較多的氧空位、與其他金屬元素有較強(qiáng)的相互作用力，氧儲量大和Ce3+和Ce4+相互轉(zhuǎn)變，鈰基催化劑具有獨(dú)特的活性。CeO2和CeO2催化劑價格便宜，價格友好，對不含氯的VOCs活性較高。 （9）混合金屬催化劑 金屬催化劑的活性可以通過兩個或者多種金屬的協(xié)同作用來提高。研究顯示，反應(yīng)過程的速度控制步驟是金屬氧化物中氧的移動，表明金屬氧化物的可還原性是影響催化劑性能的重要因素。通過增加第二種金屬可以提高金屬氧化物的可還原性。 3、VOCs混合物的催化氧化 VOCs混合物的組分隨著來源的不同而變化，通常VOCs中包含多種物質(zhì)，混合物質(zhì)的特性也會隨著組分的變化而變化。因此開發(fā)出能夠分解VOCs混合物技術(shù)或者催化劑是十分有必要的。 通常情況下，其他分子存在會抑制VOCs的分解。這種抑制作用可能由于不同種類VOC的競爭吸附和反應(yīng)中間體的吸附。 【催化劑失活和再生】 隨著使用時間的延長，催化劑的活性的選擇性逐漸發(fā)生變化，以至逐漸失活。催化劑失活對于運(yùn)行單位是一筆額外的投*資。催化劑的失活可歸結(jié)為6個主要原因：結(jié)垢、焦化、中毒、氣固或固固反應(yīng)、熱降解、破碎和蒸汽化合物的生成。中毒是指催化劑由于雜質(zhì)的化學(xué)吸附系數(shù)比反應(yīng)物的高，導(dǎo)致反應(yīng)物無法接近活性位點(diǎn)。燒結(jié)引起的催化劑結(jié)構(gòu)改變也可能造成催化劑的失活。焦化的形成是由于催化劑表面發(fā)生的副反應(yīng)造成的，例如碳質(zhì)副產(chǎn)品覆蓋在催化劑表面或者堵塞催化劑的孔道。 催化劑的再生取決于失活過程的可逆性。例如焦化過程是可逆的，而燒結(jié)則是不可逆的。一些催化劑毒物可以通過化學(xué)洗滌、機(jī)械方法或者氧化的方式除去。失活的催化劑選擇丟棄或者再生，主要取決于催化劑失活的速度和催化劑的價值。很多VOC催化劑價格高且容易失活，因此催化劑再生是非常重要的。催化劑再生的方法主要有：熱處理、壓力變化、化學(xué)再生、等離子氧氣、臭氧注入、針到板的介質(zhì)阻擋放電和射頻等離子體。失活催化劑表面的碳酸鹽可以使用傳統(tǒng)熱處理的方法除去，但這種方法容易引起納米粒子的聚合。 【結(jié)論】 催化氧化消除VOCs是*有前景的技術(shù)。有毒的VOCs能夠在相對低的溫度下被氧化成CO2、水和其他危害相對較小的物質(zhì)。低的溫度意味著相對較低的燃料費(fèi)用和較少的二惡*英和有毒產(chǎn)品的形成。催化氧化適合于低濃度VOCs的連續(xù)處理。

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