柳添輝

廈門科儀檢測技術(shù)有限公司

1 引言

VOCs 會給環(huán)境和人類帶來極大的危害，因此，社會公眾對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)濟性方面有著更大的優(yōu)勢。VOCs 污染通過催化劑的治理，能夠得到顯著的改善，因此需要在工況中通過與有機廢氣的結(jié)合，對具有高活性、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢的催化劑進行具有針對性的開發(fā)，以此來使大氣環(huán)境能夠得到有效地保護。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。一般來說，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)濟有效。由于美國、日本等部分國家有著先進的工業(yè)技術(shù)，因此大規(guī)模的應用了催化燃燒技術(shù)，部分石化企業(yè)、高等院校以及科研單位在國內(nèi)也對催化燃燒技術(shù)進行了研究，越來越多的人開始對催化燃燒技術(shù)引起了關注。

2 燃燒法對揮發(fā)性有機廢氣的處理

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，其可以達到99%的脫除效率，如果有機廢氣中只含有少量的VOCs，此時就無法進行充分地燃燒，因此，需要做好對相關措施的采取，例如燃燒時對輔料的添加，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 不會對空氣造成污染。此類方法有著以下優(yōu)勢：其無須較高的投資費用，并且制備設備并不復雜，操作也較為便捷，然而，對此類燃燒方法的采用需要長期處于＞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系統(tǒng)中，通過催化劑的作用，能夠使VOCs 得到完全的反應，進而實現(xiàn)對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理：能夠做到對VOCs 燃點的降低。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，對有機物中的氯化烴類的選擇有著較高的要求，以此來促進催化劑對其的催化分解。而相關研究人員表明，通過對催化燃燒法的使用，能夠使部分有機物（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說，其優(yōu)勢更不相同，然而催化燃燒法對燃燒溫度的要求更低，這是其的主要特點。由于其對燃燒溫度沒有過高的要求，因此，可以使二次污染物NOx的生成得以避免，能夠?qū)Νh(huán)境起到保護的作用。

表1

3 催化燃燒處理的優(yōu)勢

3.1 減少對NOx氣體的生成

其對燃燒溫度沒有過高的要求，并且所消耗的能量較少，甚至在起燃溫度下的氧化反應不需要通過外界的傳熱，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擔載的作用下，在200℃時就能夠發(fā)生氧化起燃，通過PdO 對CuO 和Co3O4的擔載，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

通過催化燃燒基本能夠?qū)崿F(xiàn)對有機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，能夠處理各種復雜成分的有機廢氣。針對部分行業(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、成分復雜并且缺乏回收價值，因此，吸附—催化燃燒法有著更好地處理效果，通常有機廢氣能夠達到95%以上的轉(zhuǎn)化率。

3.3 合理可行的經(jīng)濟

其能夠做到對大范圍氧濃度環(huán)境的適應，有著較高的凈化效率，并且不會造成二次污染的出現(xiàn)，此外其燃燒較為緩和，無須較高的運轉(zhuǎn)費用，降低了操作管理的難度，能夠使長期運行的目標得以實現(xiàn)，并且其廢熱具有回收價值，減少了處理所需的成本，使經(jīng)濟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

碳氫化合物中最為簡單的一種就是飽和烷烴，然而由于化工合成中對其的廣泛應用，導致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)境帶來的影響也有所不同。目前相關領域從催化氧化方面，對飽和烴進行了廣泛的研究，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。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的優(yōu)勢，因此，Co3O4在其的作用下能夠擁有更強的催化活性。MnOx有著廣泛的原料來源，并且價格并不高，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，因此對丙烷有著不同的吸附能力，活性位點在表面及體相中的數(shù)量與其催化活性有著密切的關系。

4.2 不飽和烯烴類

相比飽和烴類來說，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)境會受到來自大部分常見烴類的危害，其中光化學反應下的丙烯會生成臭氧，因此將其作為了嚴重污染物。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注。

采用共同沉淀法能夠?qū)崿F(xiàn)對鈷（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載型對系統(tǒng)的催化作用較強。由于酸堿性、載體以及貴金屬對納米顆粒載體的作用，從活性方面給此類符合催化劑帶來了顯著的影響。

4.3 芳香烴類

工業(yè)中對VOCs 芳香烴類的排放，主要涉及了苯、甲苯以及二甲苯等。芳香族化合物對環(huán)境有著相當大的危害性，并且毒性和致癌性是其常見的性質(zhì)。在過去的這幾年時間內(nèi)，催化氧化中對BTEX 進行了廣泛的研究，其主要涉及了催化劑中的Pt、Pd、Au 以及Ag 這4 種負載型貴金屬，催化劑中的Mn、Cu、Cr、Ni以及Ti 這4 種過渡金屬氧化物，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的多發(fā)部位，因此，催化劑通過載體對活性組分的負載，能夠?qū)崿F(xiàn)對較大表面比的獲取，不僅能夠減少對活性組分的使用，也可以使表面的催化劑比得到增加，同時能夠使其具有較高的機械強度，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

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