霍加拉特催化劑催化燃燒揮發性有機物研究綜述
摘要:介紹了催化燃燒的優點,以及霍加拉特催化燃燒揮發性有機物(VOCs)的性能,并綜述了霍加拉特催化劑催化燃燒VOCs的研究進展,并指出了其今后的研究方向。
關鍵詞:霍加拉特催化劑 銅錳氧化物 催化燃燒 揮發性有機物
揮發性有機物 (VOCs),包括鹵烴類、醛、酮、酸、脂、烷烴、苯環系列及其衍生物等,是石油、化工和一些輕工業如制藥、印刷、涂料、制鞋和玩具等行業在生產中產生的最常見的污染物。長時間暴露在這些污染物的環境中會引起人中毒,嚴重的會危及人的生命,并且這些物質分解之后還可能會產生更加具有毒性和腐蝕性的物質,如光化學煙霧、鹵酸等。
VOCs的處理方法有兩類[1-3]:一類是破壞性方法,如直接燃燒法、催化燃燒法、生物膜處理法等;另一類是非破壞性方法,即回收法[4],如吸附法、冷凝法、膜分離法等。應用最多的是燃燒法,直接燃燒法比較適合于處理氣量小,污染物濃度高的氣體;催化燃燒法適合于處理氣量大、濃度小的VOCs污染氣體。
催化燃燒所用的催化劑按金屬種類可以分為:貴金屬催化劑(鉑、鈀、金、銥等)和非貴金屬催化劑,非貴金屬催化劑又包括單金屬氧化物催化劑(錳、鎳、銅等氧化物)和復合氧化物催化劑(銅錳、銅鋅等氧化物)。由于貴金屬催化劑氧化活性高、不易中毒、氧化溫度低,所以用作消除VOCs的催化劑75%是貴金屬催化劑,但是貴金屬催化劑成本較高、易揮發且儲量有限。非貴金屬催化劑雖然處理能力不如貴金屬催化劑,但在一定條件下也能達到滿意的處理效果且價格便宜。RICE等[5]比較了γ-MnO2 和 Pt/TiO2的催化活性,發現在280 ℃,γ-MnO2氧化苯和甲酸的效率為90%;MCCARRICK等[6]研究顯示霍加拉特催化劑催化燃燒乙醇可與Pt/Al2O3相比擬。所以非金屬催化劑并不一定比貴金屬催化劑活性低。
霍加拉特催化劑的主要成分是銅錳氧化物,而銅錳氧化物催化劑是過渡金屬氧化物催化劑的代表,具有比其他過渡金屬氧化物高的活性[7,8]。最初發現它的目的是除去CO[9],后來發現它對VOCs催化燃燒也有高的活性,這就更加引起了人們的興趣,所以一直是研究的熱點。

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