柳添輝

廈門科儀檢測(cè)技術(shù)有限公司

1 引言

VOCs 會(huì)給環(huán)境和人類帶來(lái)極大的危害，因此，社會(huì)公眾對(duì)其予以了高度的重視。目前，銷毀技術(shù)中的催化燃燒法是最為常見的，并且該技術(shù)在使用性以及經(jīng)濟(jì)性方面有著更大的優(yōu)勢(shì)。VOCs 污染通過(guò)催化劑的治理，能夠得到顯著的改善，因此需要在工況中通過(guò)與有機(jī)廢氣的結(jié)合，對(duì)具有高活性、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)的催化劑進(jìn)行具有針對(duì)性的開發(fā)，以此來(lái)使大氣環(huán)境能夠得到有效地保護(hù)。其主要有回收以及銷毀這兩種處理技術(shù)。吸附、吸收以及冷凝等在回收技術(shù)中較為常見；其中催化燃燒法在回收技術(shù)中較為常見。一般來(lái)說(shuō)，100g/m3～2000g/m3是工業(yè)VOCs廢氣的濃度區(qū)間，催化燃燒法在眾多治理方法中最為經(jīng)濟(jì)有效。由于美國(guó)、日本等部分國(guó)家有著先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，因此大規(guī)模的應(yīng)用了催化燃燒技術(shù)，部分石化企業(yè)、高等院校以及科研單位在國(guó)內(nèi)也對(duì)催化燃燒技術(shù)進(jìn)行了研究，越來(lái)越多的人開始對(duì)催化燃燒技術(shù)引起了關(guān)注。

2 燃燒法對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理

2.1 直接燃燒法

直接燃燒法就是最初的燃燒技術(shù)，就是直接燃燒VOCs，該方法只需要直接在焚燒爐中加入VOCs，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行高溫燃燒，高溫能夠加快VOCs 向CO2和H2O 的轉(zhuǎn)化速度，其可以達(dá)到99%的脫除效率，如果有機(jī)廢氣中只含有少量的VOCs，此時(shí)就無(wú)法進(jìn)行充分地燃燒，因此，需要做好對(duì)相關(guān)措施的采取，例如燃燒時(shí)對(duì)輔料的添加，能夠使VOCs得到完全的燃燒，最終VOCs能夠全部轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2O，此類CO2和H2O 不會(huì)對(duì)空氣造成污染。此類方法有著以下優(yōu)勢(shì)：其無(wú)須較高的投資費(fèi)用，并且制備設(shè)備并不復(fù)雜，操作也較為便捷，然而，對(duì)此類燃燒方法的采用需要長(zhǎng)期處于＞1100℃的高溫環(huán)境下，并且NOx在高溫的環(huán)境下更易帶來(lái)二次污染[1]。

2.2 催化燃燒法

所謂的催化燃燒法指的就是，將某種催化劑加入反應(yīng)系統(tǒng)中，通過(guò)催化劑的作用，能夠使VOCs 得到完全的反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2和H2O 的生成，然后再將其釋放到空氣中。此類催化劑有著以下作用機(jī)理：能夠做到對(duì)VOCs 燃點(diǎn)的降低。目前所使用的此類催化劑有著較多的類型，此類催化劑中最為常見的就是貴金屬催化劑以及非貴金屬催化劑。例如部分催化劑（如Pt/H－Beta 和PdO/H－Beta 等）在接觸到VOCs 時(shí)，對(duì)有機(jī)物中的氯化烴類的選擇有著較高的要求，以此來(lái)促進(jìn)催化劑對(duì)其的催化分解。而相關(guān)研究人員表明，通過(guò)對(duì)催化燃燒法的使用，能夠使部分有機(jī)物（如己烷、苯和丙醇等）在Au/TiOxNy 催化劑的作用下得到較高的催化，通過(guò)此類催化作用能夠使VOCs 得到充分地燃燒。催化燃燒法相比熱力燃燒法來(lái)說(shuō)，其優(yōu)勢(shì)更不相同，然而催化燃燒法對(duì)燃燒溫度的要求更低，這是其的主要特點(diǎn)。由于其對(duì)燃燒溫度沒有過(guò)高的要求，因此，可以使二次污染物NOx的生成得以避免，能夠?qū)Νh(huán)境起到保護(hù)的作用。

表1

3 催化燃燒處理的優(yōu)勢(shì)

3.1 減少對(duì)NOx氣體的生成

其對(duì)燃燒溫度沒有過(guò)高的要求，并且所消耗的能量較少，甚至在起燃溫度下的氧化反應(yīng)不需要通過(guò)外界的傳熱，例如，例如完全氧化后的CH4能夠得到活性組分PdO,Pd甲烷在Al2O3擔(dān)載的作用下，在200℃時(shí)就能夠發(fā)生氧化起燃，通過(guò)PdO 對(duì)CuO 和Co3O4的擔(dān)載，甲烷在300℃左右就能夠發(fā)生氧化起燃，而且此類低溫催化燃燒所導(dǎo)致的NOx氣體得生成能夠得以減少。

3.2 更廣泛的使用范圍

通過(guò)催化燃燒基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有機(jī)廢氣中的烴類以及惡臭氣體的完全處理，其濃度有著廣泛的適用范圍，能夠處理各種復(fù)雜成分的有機(jī)廢氣。針對(duì)部分行業(yè)所排放的廢氣，例如涂料以及絕緣材料等，由于其濃度較低、成分復(fù)雜并且缺乏回收價(jià)值，因此，吸附—催化燃燒法有著更好地處理效果，通常有機(jī)廢氣能夠達(dá)到95%以上的轉(zhuǎn)化率。

3.3 合理可行的經(jīng)濟(jì)

其能夠做到對(duì)大范圍氧濃度環(huán)境的適應(yīng)，有著較高的凈化效率，并且不會(huì)造成二次污染的出現(xiàn)，此外其燃燒較為緩和，無(wú)須較高的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，降低了操作管理的難度，能夠使長(zhǎng)期運(yùn)行的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，并且其廢熱具有回收價(jià)值，減少了處理所需的成本，使經(jīng)濟(jì)具有了合理性以及可行性。

4 各種VOCs的催化氧化

4.1 飽和烷烴類

碳?xì)浠衔镏凶顬楹?jiǎn)單的一種就是飽和烷烴，然而由于化工合成中對(duì)其的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致VOCs排放在每年都有著較大的占比，乙烷、丙烷以及正丁烷等在飽和烴類VOCs 中較為常見。各種類型的飽和烴有著不同的烴毒性，因此給環(huán)境帶來(lái)的影響也有所不同。目前相關(guān)領(lǐng)域從催化氧化方面，對(duì)飽和烴進(jìn)行了廣泛的研究，乙烷、丙烷以及正己烷是最為主要的研究對(duì)象。目前貴金屬類催化劑、水滑石類等是VOCs的主要催化處理劑[2]。

目前，研究活動(dòng)將氧化物中的Mn、Co、Fe、Ni以及Cu作為了主要催化劑，其中活性最強(qiáng)的催化劑是Co類以及Mn類。表面積比較高的是Co3O4，含晶格缺陷最多且鍵能較低的是Co—O，因此其催化活性較強(qiáng)。由于Co3+在比例、還原能力、表面晶格氧含量以及晶格氧轉(zhuǎn)移能力方面有著更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此，Co3O4在其的作用下能夠擁有更強(qiáng)的催化活性。MnOx有著廣泛的原料來(lái)源，并且價(jià)格并不高，是眾多可選催化劑中最為理想的一種。由于催化劑有著不同的晶型，因此對(duì)丙烷有著不同的吸附能力，活性位點(diǎn)在表面及體相中的數(shù)量與其催化活性有著密切的關(guān)系。

4.2 不飽和烯烴類

相比飽和烴類來(lái)說(shuō)，工業(yè)每年所排放的烯類與烴類一樣，都有著較大的比例。人類以及環(huán)境會(huì)受到來(lái)自大部分常見烴類的危害，其中光化學(xué)反應(yīng)下的丙烯會(huì)生成臭氧，因此將其作為了嚴(yán)重污染物。不飽和烴類中的乙烯和丙烯有著較大的占比，在近幾年得到了廣泛的關(guān)注。

采用共同沉淀法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鈷（CMO）的均相制備，其催化活性較為優(yōu)良。Co2.35Mn0.65O4是催化活性最強(qiáng)的鈣鈦礦型催化劑，然而其活性只是略高于Co3O4。貴金屬催化劑中的負(fù)載型對(duì)系統(tǒng)的催化作用較強(qiáng)。由于酸堿性、載體以及貴金屬對(duì)納米顆粒載體的作用，從活性方面給此類符合催化劑帶來(lái)了顯著的影響。

4.3 芳香烴類

工業(yè)中對(duì)VOCs 芳香烴類的排放，主要涉及了苯、甲苯以及二甲苯等。芳香族化合物對(duì)環(huán)境有著相當(dāng)大的危害性，并且毒性和致癌性是其常見的性質(zhì)。在過(guò)去的這幾年時(shí)間內(nèi)，催化氧化中對(duì)BTEX 進(jìn)行了廣泛的研究，其主要涉及了催化劑中的Pt、Pd、Au 以及Ag 這4 種負(fù)載型貴金屬，催化劑中的Mn、Cu、Cr、Ni以及Ti 這4 種過(guò)渡金屬氧化物，催化劑中的稀土氧化物以及鈣鈦礦等[3]。

5 催化劑載體

催化劑載體的作用十分顯著，催化劑表面是催化燃燒反應(yīng)的多發(fā)部位，因此，催化劑通過(guò)載體對(duì)活性組分的負(fù)載，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)較大表面比的獲取，不僅能夠減少對(duì)活性組分的使用，也可以使表面的催化劑比得到增加，同時(shí)能夠使其具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，Al2O3、TiO2以及SiO2等是最主要的常用金屬氧化物載體類型。

6 結(jié)束語(yǔ)

VOCs 污染通過(guò)催化劑的治理，能夠得到顯著的改善，因此需要在工況中通過(guò)與有機(jī)廢氣的結(jié)合，對(duì)具有高活性、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)的催化劑進(jìn)行具有針對(duì)性的開發(fā)，以此來(lái)使大氣環(huán)境能夠得到有效地保護(hù)。