1前言

揮發(fā)性化合物(VolatileOrganicCom-pounds，簡(jiǎn)稱VOCs)是 指沸點(diǎn)在50~260℃，室溫下飽和蒸氣壓超過(guò)133.3Pa的易揮發(fā)性化合物，包括烴類、鹵代烴、芳香烴、多環(huán)芳香烴等。主要來(lái)自石油化工、印刷、噴漆、機(jī)動(dòng)車、制鞋等行業(yè)排放廢氣中的主要污染物。該類物廢氣是 人體健康的污染物質(zhì)，常伴隨著異味、惡臭散發(fā)在空氣中，對(duì)人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用，對(duì)心、肺、肝等內(nèi)臟及神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，可致癌、致突變。而且會(huì)與大氣中的NO2反應(yīng)生成O3，使低空大氣中O3濃度升高，形成光化學(xué)煙霧，危害人體健康和導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。

目前VOCs污染控制方法主要有焚燒法、吸附法、冷凝法、電暈法、膜分離法、光催化氧 化法及生物法等，其中有些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，有些還處于試驗(yàn)階段。而VOC、UV光氧催化凈化設(shè)備技術(shù)則是 近幾年來(lái)逐步由實(shí)驗(yàn)階段走向工程實(shí)踐的一種全新的處理方法之一，為了加快該技術(shù)的推廣應(yīng)用，將對(duì)催化燃燒技術(shù)處理廢氣的基本原理、特點(diǎn)以及催化劑、燃燒動(dòng)力學(xué)、工藝流程和應(yīng)用等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

2催化燃燒的基本原理及工藝流程

催化燃燒是 典型的氣一固相催化反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是 活性氧參與氧 化作用。在催化燃燒過(guò)程中，催化劑的作用是 降低反應(yīng)的活化能，同時(shí)使反應(yīng)物分子富集于催化劑表面，以提高反應(yīng)速率。

根據(jù)廢氣的預(yù)熱方式及富集方式，催化燃燒工藝流程可分為以下3種形式。

(1）預(yù)熱式。預(yù)熱式是 催化燃燒的   基本流程形式，其基本原理。廢氣溫度在100℃以下、濃度也較低時(shí)，熱量不能自給因此在進(jìn)入反應(yīng)器前需要在預(yù)熱室加熱升溫。通常采用煤氣或電加熱將廢氣升溫至催化反應(yīng)所需的起燃溫度；燃燒凈化后的氣體在熱交換器內(nèi)與未處理的廢氣進(jìn)行熱交換，以回收部分熱量。

(2）自身熱平衡式。廢氣溫度高且物含量也高，通常只需要在催化燃燒反應(yīng)器中設(shè)置電加熱器供起燃時(shí)使用，通過(guò)熱交換器回收部分凈化氣體所產(chǎn)生的熱量，正常操作下能夠維持熱平衡，不需補(bǔ)充熱量。通常只需要在催化燃燒反應(yīng)器中設(shè)置電加熱器供起燃時(shí)使用。

(3)吸附一催化燃燒。當(dāng)廢氣的流量大、濃度低、溫度低，采用催化燃燒需消耗大量燃料時(shí)，可先采用吸附手段將廢氣吸附于吸附劑上進(jìn)行濃縮，然后通過(guò)熱空氣吹掃，使廢氣脫附成為廢氣(可濃縮10倍以上)后再進(jìn)行催化燃燒。不需要補(bǔ)充熱源就可維持正常運(yùn)行。

廢氣催化燃燒工藝的選擇主要取決于：①燃燒過(guò)程的放熱量，即廢氣中可燃物的種類和濃度；②起燃溫度，即組分的性質(zhì)及催化劑活性；③熱回收率等。當(dāng)回收熱量超過(guò)預(yù)熱所需熱量時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自身熱平衡無(wú)需外界補(bǔ)充熱源，這是    經(jīng)濟(jì)的。

3催化劑及催化燃燒動(dòng)力學(xué)

3.1催化劑種類

燃燒型催化劑的種類比較多，光氧催化凈化器按活性成分大體可分為貴金屬催化劑、過(guò)渡金屬氧 化物催化劑和復(fù)氧 化物催化劑3大類。

3.1.1貴金屬催化劑

Pt，Ru等是 典型的貴金屬催化劑.這類催化劑通常附在載體上，其，選擇性好。但由于其資源   、價(jià)格昂貴、且處理含氯的VOCs、含硫VOCs時(shí)很容易中毒，因而僅適用于不含氯或硫的VOCs。由于金屬催化劑的，催化燃燒VOCs時(shí)起燃溫度可低至100~200℃。例如以硼為載體的Pt催化劑，對(duì)含戊烷、正已烷、苯、甲 苯混合物的VOCs，其起燃溫度只有100℃，達(dá)到90%的轉(zhuǎn)化率也只需200℃左右。如果采用微乳法、氣相沉積來(lái)制備貴金屬催化劑，其活性   高。

3.1.2過(guò)渡金屬氧 化物催化劑

作為貴金屬催化劑的取代品，氧 化性較強(qiáng)的過(guò)渡金屬氧 化物對(duì)CH4等烴類和CO的氧 化都具有較高的催化活性，同時(shí)成本較低，常見(jiàn)的有Mn0x，CoOx和Cu0x等催化劑。大連理工大學(xué)研制的含MnO2催化劑，在   條件下能CH3OH蒸汽，對(duì)C2H4O，C3H6O，C6H6蒸汽的   也很果。

3.1.3復(fù)氧 化物催化劑

一般認(rèn)為，復(fù)氧 化物之間由于存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用，其催化活性比相應(yīng)的單一氧 化物要高。復(fù)氧 化物催化劑主要有以下兩大類。

(1)鈣欽礦型復(fù)氧 化物

稀土與過(guò)渡金屬氧 化物在   條件下可以形成具有   鈣欽礦型的復(fù)合氧 化物，通式為ABO3，其活性明顯優(yōu)于相應(yīng)的單一氧 化物。A為四面體型結(jié)構(gòu)，B為八面體形結(jié)構(gòu)；A和B形成交替立體結(jié)構(gòu)，易于取代而產(chǎn)生晶格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供的氧 化中心，從而實(shí)現(xiàn)氧 化反應(yīng)。常見(jiàn)的該類型催化劑有BaCuO2，LaMnO3等。

(2)尖晶石型復(fù)氧 化物

尖晶石型是 復(fù)氧 化物的一種重要結(jié)構(gòu)類型，通式為AB2O4，具有優(yōu)良的氧 化催化活性。如等離子廢氣處理設(shè)備對(duì)CO的催化燃燒起燃點(diǎn)約為80℃，，對(duì)烴類亦可在低溫區(qū)實(shí)現(xiàn)   氧 化；研究   為活躍的CuMn2O4。尖晶石對(duì)芳烴燃燒的催化活性尤為，使C7H8   燃燒只需260℃實(shí)現(xiàn)了低溫催化燃燒。因此，尖晶石型復(fù)氧 化物的低溫催化燃燒特性具有特別現(xiàn)實(shí)的意義。

3.2催化劑載體及負(fù)載方式

VOCs凈化催化劑的載體主要有兩類：一類是 球狀或片狀；另一是 整體式多孔蜂窩狀。催化劑活性組分可通過(guò)下列方式沉積在載體上：①電沉積在纏繞或壓制的金屬上；②沉積在顆粒狀陶瓷材料上；③沉積在蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷材料上。金屬載體的優(yōu)點(diǎn)是 導(dǎo)熱性能好、機(jī)械，缺點(diǎn)是 比表面積較小。顆粒狀載體的優(yōu)點(diǎn)是 比表面積大，缺點(diǎn)一是 壓降大，二是 因載體間相互摩擦造成的活性組分磨耗損失。蜂窩陶瓷載體是 比較理想的載體型式，具有很高的比表面積，壓力降較片狀、粒狀、柱狀載體低，機(jī)械，性、耐熱沖擊。