催化燃烧技术处理有机废气研究进展

李英杰，李建军

(四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 610065)

催化燃烧技术处理有机废气研究进展

李英杰，李建军*

(四川大学 建筑与环境学院，四川 成都 610065)

挥发性有机污染物(VOCs)主要来源于工业生产，不仅对生态环境和人体健康造成危害，还会造成浪费。催化燃烧技术是近年来兴起的污染治理技术，具有费用低、净化效率高，无二次污染等特点。本文介绍了催化燃烧技术所用催化剂种类、催化燃烧不同工艺的特点，并对催化燃烧技术在有机废气处理方面的应用进行展望。

有机废气；催化燃烧；工艺

随着我国经济的发展，化工企业的新起导致了大量工业有机废气的排放。根据国家空气质量提高联防联控的规划，挥发性有机污染物VOCs的控制工作已列为联防联控工作的重点任务之一[1]。而催化燃烧作为控制VOCs污染的主要技术，具有反应条件温和、操作条件容易控制、无二次污染等优点[2-3]，尤其是在难生物降解的VOCs污染控制方面具有显著优势，受到研究者的广泛重视。本文主要对催化燃烧技术中所用催化剂种类、工艺特点进行介绍，并对其在有机废气治理中的应用和发展进行展望。

1 催化剂选型

催化燃烧中，与直接燃烧相比催化剂的存在使有机物在热破坏时仅需更少的保留时间和更低的温度[4]，催化浓度范围广，几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体，净化率一般都在95%以上，催化剂的种类按活性成分不同大体可分为三大类。

1.1 贵金属催化剂

Pt、Pa、Ru等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且适用范围广、催化剂寿命长、便于回收，因次在处理有机废气中较为常用。

施春苗等[5]用乙二醇二甲醚蒸气和甲苯蒸气作为催化燃烧气，探究了3种不同钯-镍合金负载型催化剂对有机废气催化燃烧效果的影响，并用SEM和EDS对催化剂进行表征，结果显示，钯含量的改变对催化剂的活性影响很大，0.5%和0.8%Pd/Ni合金基燃烧催化剂在210～240℃温度区间可使1600mg/m3的甲苯废气和40000mg/m3的乙二醇二甲醚废气转化率达95%，具有优良的催化燃烧效果。王筱喃等[6]采用FRIPP自主研发的Pt，Pd催化燃烧催化剂对单组分及多组分关键有机模拟废气进行了催化燃烧实验，实验结果表明采用Pt/Pd催化燃烧催化剂处理的含苯系物有机废气的最佳温度为250℃，床层空速为20000h-1，含苯系物的有机废气的去除率可达97%以上。

1.2 过渡金属氧化物催化剂

过渡金属氧化物作为一种氧化性较强的催化剂，对CH4等烃类和CO均具有较高的催化活性，同时催化剂的成本较低，常见的有CoOX、CuOX和MnOX等催化剂。

万义玲等[7]用柠檬酸(CA)溶胶-凝胶法制备了不同锰Mn/(Ce+Mn)物质的量比的CeO2-MnOx催化剂，在氯乙烯有机废气的催化燃烧模型反应中，研究了制备条件和反应条件对制备CeO2-MnOx催化剂性能的影响，结果表明当CA：Mn：Ce=0.3：0.5：0.50时，制备的CeO2-MnOx催化剂活性最好，在10000～30000h-1床层空速和0.05%～0.15%的低浓度氯乙烯催化燃烧反应中均具有良好的效果。大连理工大学研制的含MnO2催化剂，在一定的条件下可以脱除CH3OH蒸气，并对C2H4O、C3H6O、C6H6蒸气的清除也有很好效果[8]。

1.3 复合氧化物催化剂

复氧化物相较于单一氧化物由于其各组分间存在结构或电子调变等相互作用，其催化活性较高。主要有以下两大类[9]：一、钙钛矿型复氧化物：稀土与过渡金属氧化物形成的具有天然钙钛矿型复合氧化物，一般通式为ABO3，常见的有LaMnO3和BaCuO2等；二、尖晶石型复氧化物：通式为AB2X4，是一种重要的复氧化物结构类型，尖晶石型催化剂具有突出的深度氧化催化活性。

黄海凤等[10]采用ZrO2、SiO2、MgO、Al2O3和TiO2和为载体，通过浸渍法制备了三元复合氧化物Cu-Mn-Ce(CMC)的负载型催化剂，以甲苯和丙酮作为催化燃烧气，研究了该催化剂的催化燃烧活性。结果表明，纯CMC催化剂的铈基固溶体结构具有良好的催化活性，其中TiO2和ZrO2作为载体时，CMC的高温热稳定性最好，这是由于TiO2和ZrO2较好的保持了该催化剂的活性固溶体结构；而当SiO2和Al2O3作为载体时，其表面羟基和大比表面积不利于CMC活性固溶体结构的形成，以MgO作为载体时，Mn，Cu等过渡金属其发生相互作用而使CMC的活性结构被破坏，催化活性降低。

2 催化燃烧工艺

2.1 工作原理

催化燃烧是一个气-固相催化反应过程，其反应的实质是活性氧参与的深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂具有吸附作用，同时可以降低反应的活化能，通过将反应物分子富集于催化剂表面从而提高反应速率，加快反应进程。利用催化剂的优异性能，可使有机废气在较低的起燃温度(200～300℃)下发生无焰燃烧，并氧化分解为CO2和H2O，同时放出大量热能[11]。并且由于催化剂具有选择性催化作用,可以限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化过程,使其在反应中生成分子氮(N2)[12]。

2.2 主要工艺

目前所用的催化燃烧工艺主要包括固定床催化燃烧工艺、流化床催化燃烧工艺、整体式催化燃烧工艺、流向变换催化燃烧工艺四大类，各工艺所用催化剂类型和对有机废气的处理效果、工艺特点如表1所示。

表1 催化燃烧主要工艺类型

3 展望

催化燃烧技术具有燃点低，能耗低的特点，可大大增加低浓度有机废气的处理效率，在催化反应、化工领域、自动检测和环境工程控制等领域均具有重要应用。但由于催化剂容易中毒，寿命等因素使其在有机废气处理中的应用具有一定局限性。因此大力研发新型催化燃烧催化剂，研制具有大比表面积、低起燃点、大空速及抗毒能力强的非贵金属催化剂，使其能够在低温条件下同时降解多种不同浓度有机废物，将成为今后研究工作的重点。同时催化燃烧装置应向整体型、节能型发展，以降低造价和使用费。

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(本文文献格式：李英杰，李建军.催化燃烧技术处理有机废气研究进展[J].山东化工，2017，46(12)：66-67，69.)

Progress on Catalytic combustion Method for Disposal of Organic Waste Gas

LiYingjie，LiJianjun*

(Sichuan University，Chengdu 610065，China)

Volatile organic compounds(VOCs)mainly come from industrial production.It is not only harm to ecological environment and human health，but also cause waste.Catalytic combustion method is a novel pollution control technology raised in recent years,which has characteristics of lower cost and higher removal efficiencies,without any secondary pollution.Catalyst species and the characteristics of catalytic combustion technology were introduced in this paper,And looking forward to the catalytic combustion technology in the application of organic waste gas treatment.

organic waste gas；catalytic combustion；technology

2017-04-20

国家自然科学基金(51378325)

李英杰(1994—)，女，四川人，学士，从事大气污染相关研究；通信作者：李建军。

X701

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1008-021X(2017)12-0066-02