揮發(fā)性有機物voc處理進展概述(編輯修改稿)
2025-07-13 12:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 理VOC進展處理VOC廢氣的傳統(tǒng)方法是熱力燃燒法，但是其運行服用高昂，需要達到800~1200℃的高溫才能使VOC完全分解。并且不完全的或操作不當?shù)娜紵^程會帶來我們不想要的副產(chǎn)物如二噁英、NOx等。有很多可供選擇的VOC處理技術，但是每種技術在實際應用過程中由于有機物種類不同、濃度不同等都有自己的局限[4]，冷凝法能耗過高，并且去除效率較低。生物降解法選擇性較強，對濃度敏感。吸附法適用于低濃度的VOC尾氣，但是僅僅是把污染物從氣相轉移到固相，后續(xù)工作有造成二次污染的可能性。故對VOC最高效最經(jīng)濟的處理手段是催化氧化法。因為催化氧化可以處理低含量的VOC尾氣（＜1%VOCs），溫度比傳統(tǒng)的熱力焚燒法更低。催化反應的機理有LangmuirHinshelwood 途徑、MarsMaessen 途徑和Mars–van Krevelen機理[5]。LangmuirHinshelwood 途徑描述的是兩種物質吸附到固相表面后再進行的雙分子反應。A(g) →A(ads)B(g) →B(ads)A(ads) + B(ads) →AB(ads)AB(ads) →AB(g)EleyRideal 途徑描述了吸附態(tài)組分 A 與氣態(tài)組分 B 之間的反應A(g) →A(ads)A(ads) +B(g) →AB(g)Mars–van Krevelen機理MOn里的活潑晶格氧O與反應物反應，形成MOn1氧空位，然后O2再在MOn1表面吸附形成MOn。這樣形成消耗補給過程。貴金屬催化劑和過渡金屬氧化物催化劑被廣泛應用VOC的催化氧化[610]。常用的貴金屬催化劑有鉑、鈀、銠等，他們負載在活性Al2OSnOZrO2尖晶石、鈣鈦礦等具有大的比表面積的載體上。. Patterson等[11]研究了有無一氧化碳和不同氧氣濃度對對Pt/Al2O3催化劑催化氧化乙烯、甲苯和苯效果的影響。當有較高的氧濃度、沒有一氧化碳存在的情況下，在200度以下乙烯、甲苯和苯就徹底被氧化，所需的溫度從小到大排序為苯、甲苯、乙烯。在低一點的氧濃度情況下，反應活性順序不變，完全氧化的溫度提高了40~50度。在存在CO的情況下，完全氧化溫度提高了100度，說明CO的存在對乙烯、甲苯和苯的催化氧化起抑制作用。另外CO的抑制作用對苯和甲苯表現(xiàn)的更為明顯。M. Paulis等[12]研究了不同的鉑源對甲苯催化氧化性能的影響。結果顯示以Pt(NH3)4(OH)2為鉑源制備的Pt/Al2O3催化劑活性最高，而以氯化鉑為前驅體制備的催化劑不活潑，在220攝氏度下僅有50%左右的轉化率。以PdCl6為鉑源的效果更慘。所以鉑源中的氯含量越多，催化劑對甲苯的催化活性越低。GutierrezOrtiz等[13]研究了以CeOZrO1,2二氯乙烷、三氯乙烯。發(fā)現(xiàn)隨著鋯原子的摻雜比例提高，催化劑的活性上升。可能的原因是由于ZrO2進入CeO2的晶格中造成晶格畸變，這樣提高了晶格氧的移動速率。這樣，還原過程不再局限于晶格的表面，而進入催化劑晶體內(nèi)部，顯著的降低的氯代烴的反應溫度。研究表面三氯乙烯氧化的第一步是其吸附在催化劑表面的酸性位點，這樣就容易被晶格中的游離氧氧化，通過Mars–van Krevelen機理[5]：MOn里的活潑晶格氧O與反應物反應，形成MOn1氧空位，然后O2再在MOn1表面吸附形成MOn。這樣形成消耗補給過程。Li等[14]報道用反相微乳液法一系列的錳氧化物催化劑摻雜了鋯、鐵、鈷、銅等催化氧化甲苯，結果如表2所示，表明反相微乳液法是一種有效的讓提高催化劑中組分的活性的方法。圖6 Mars–van Krevelen機理表2 用反相微乳液法制備的摻雜鋯、鐵、鈷、銅的錳氧化物催化劑對甲苯的催化活性鈣鈦礦型（ABO3）催化劑常被用于VOC的催化氧化，通過用與B原子具有相近的氧化性和離子半徑的元素進行部分替代形成AByB’1yO3來提高催化劑的穩(wěn)定性和氧化還原的效率。Pecchi, G等[15]研究了LaFe1yNiyO3型鈣鈦礦催化劑對VOCs的催化氧化活性，表明鎳原子對鐵的替代顯著增加了對乙醇和乙酸乙酯的催化燃燒活性，然而當鎳完全取代鐵時催化效率反而下降。Pecchi, G認為LaFe1yNiyO3和NiO兩相的協(xié)同作用決定了晶格氧的活化能力。由于鈣鈦礦的比表面積通常比較小，故另一種提高鈣鈦礦型催化劑催化效率的方法是將催化劑負載在比表面積更大的載體上，Alifanti等[16]研究了在Ce1xZrxO2(x= 0–)載體上分別負載10 wt.%和20 wt.%的LaCoO3催化劑，這種負載在Ce1xZrxO2(x= 0–)載體上的LaCoO3催化劑對低濃度的苯和甲苯氣流有很高的催化氧化活性，這種高度分散在鈰鋯氧化物表面的LaCoO3催化劑與大塊的鈣鈦礦催化劑相比極大的降低了燃點溫度，使反應速率增加了一個數(shù)量級。陳淑霞等[17] 以 AlxLa(1x)MnO3鈣鈦礦為催化劑進行了二氯甲烷的催化氧化研究，用溶膠凝膠法制備了系列AlxLa(1x)MnO3催化劑并與700℃下焙燒得到如下催化劑分別標記為LaMnO3，，，結果表明隨著 Al 含量的增加,催化劑活性逐漸增加，但當其超過一定比例活性反而下降，當 Al含量為 ℃時轉化率接近100%，T50為350℃。催化劑在700
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