VOCs催化燃烧催化剂研究进展

  催化燃烧装置的技术关键是催化剂,其作用实质是降低反应活化能,加快化学变化速度。在VOCs催化燃烧装置中,催化剂可分为两类:贵金属催化剂和衔接氢氧化物催化剂。

  13.1贵金属催化剂

  由于其优异的催化活性和良好的再生性能,贵金属催化剂被广泛应用于工业生产VOCs净化。常用的贵金属有Pt,Pd,Rh,Au等(表1.2)。特殊使用时,贵金属在各种载体上加载,使用量一般不超过lwt%。常用的载体有堇青石蜂窝陶瓷、Fe-Cr-Al铝合金等,两者的标准孔结构有利于提高?对流传热效率,降低系统软件损耗。另外,由于载体的比表面积很小(例如,堇青石载体的比表面积小于1nAg),为了提高贵金属的粒径分布,抑制锻烧,常在载体上涂敷诸如AI2O3,Si02,CeO2,ZrCh或金属氧化物作为载体。

表1.2用于VOCs催化燃烧的部分贵金属催化剂

Table 1.2 Some noble metal catalysts for the catalytic combustion ofVOCs reported in the literatures

催化剂VOCs丁90参考文献年份
Pt/Beta-H甲苯190°C[14]2013
Pt/CeO2甲苯143°C[12018
Pd/ZM-40209°C[】6]2010
Rh/y-AhO3甲烷524°C[】7]2016
AU/CO3O4甲苯138°C18]2014
Pt-Au/ZnO/AhO3甲苯195£[19]2009
Pt-Pd/Ce-Zr/y-AhOa甲苯200°C㈤]2013
Au-Pd^P-FDU-12正己烷2609[21]2014

  等[⑷制备Pt/Beta-H型催化剂,载体为介孔0沸石。与传统型Pt/Beta催化剂相比,前者活性稍高。介孔卜沸石特有的介孔结构有利于Pt的对流传热和分散°Paulis等?I以Pt(NH3)4(OH)2.(NH^PtCh.(NH4)2PtCl6为前驱体,生产PVy-AI2O3系列催化剂。用有效氯前体物制得的Ptci^AhOs.Ptcie/y-AI2O3催化剂原始活性低于PtNH3/y-AbCh。故故为有效氯前体物型烧后,部分残氯与Pt融合产生低活性的PtChOy,或有机化学吸附剂在Pt表面降低Pt活性位。但是伴随着催化反应速度的提高,导致HO与C1在催化剂表面形成融合而形成了HC1,两者的催化活性逐渐提高,最终维持在与PtNH^-AhOs相当的水平。研究表明,预处理方法对Pd/8-Al2O3催化剂的活性有一定的危害,并可反映出催化剂的活性。其中,气态和液态催化剂在300°C时,分别在242°和179°CoH2度气氛中催化T9o(转化率达到90%时需要匹配的温度),从而促进Pd/S-AhOs催化剂对二甲苯的反应(转化率达到90%时需要匹配的温度)提高,有利于二甲苯的吸附和空气氧化。

  Au是除了Pt,Pd以外的另一个重要的贵金属催化剂。由于Au的有机化学可塑性,长期以来Au在催化反应工业中没有得到足够的重视。直到1987年,Haruta等“I发现”分散在FsCh等载体上的纳米技术Au颗粒,在-70°C条件下完全被CO氧化后,其催化燃烧装置的相关科学研究如雨后春笋般层出不穷。Scire等[25]采用堆叠■沉定法纪得Au/CeOa催化剂,与CeCh相比,Au/CeO2对等保的完全溶解温度由340降至260Co缘故,Au消除Ce?O键强度,并提升?CeO:中表面活性氧的活性。在介孔Co知4中加入Au,得到直径为1-5nm的Au纳米粒子,CO、苯、二甲苯、邻二甲苯分别为Cu-45°、189°、138°和162°Co。

  由于贵金属种类较少,所以一些科研工作者把目光转向了双/多组分贵金属催化剂,希望借助不同贵金属之间的相互作用,改善某些单一贵金属催化剂的特性oPersson等,以提高Pd-Pt催化剂的安全性。结果表明,Pd活性虽有所降低,但Pt掺杂后其可靠性进一步提高。以Pd67Pt33和PdsoPtsooRyu为活性较高、可靠性较好的催化剂进行2刀实验表明,里加Ru对Pd/y-AkOs催化剂起作用后,甲烷催化燃烧装置的活性和抗H2S中毒性能都得到改善。凯姆等人发现,Au能促进表面活性氧的还原,因此Pt-Au/ZnO/Al2O3催化剂比Pt/ZnO/AhOs催化剂在超低温催化燃烧装置中表现出更高的二甲苯活性。

  连接氢氧化物催化剂的1?3?2。

  虽然氢氧催化剂的催化活性相对较低,但由于其质优价廉,在某些情况下可以替代贵金属催化剂。一般的衔接氢氧化物催化剂有:MnOx.CeO2.CO3O4.CuOiV2O5和一氧化氮合成酶(表1.3)。以提升?衔接氢氧化物催化剂的催化活性、抗中毒副作用和耐热性为研究内容,采用水溶液点火法制备Mn2O3.M113O4、MmOy介孔催化剂,三种催化剂对丁二烯、pe、二甲苯的溶解活性均以Mn304>Mn203>MnxOyoMn3O4的表面活性氧含量最大,表面酸碱结构域最大,活性最高。科学研究Ce、La对MnOx结构和活性的危害,发现Ce掺入Mn后,Mn进入CeO2晶格常数,生成MnCeO^固溶体,氯苯完全溶解时,温度由41(TC)降至215eCoLa,提高了催化剂的可靠性,MnCeLa催化剂加温至750°C后,仍具有良好的催化活性。根据水热法制备CosCU脂质体,与小块C03O4相比,Co3O4脂质体比表面积大,表面活性氧吸收浓度较高,氧化速度较快o20000h“空速”,Co3O4脂质体溶解二甲苯Go和%Co3O4分别为230℃,254℃,比小块Co3O4分别低43℃,509℃。

表L3用于VOCs催化燃烧的部分过渡金属氧化物催化剂

Table 13 Some transition metal oxide catalysts for the catalytic combustion of VOCs reported in

the literatures

催化剂VOCs?90参考文献年份
Mn304甲苯250#C(28]2015
CO3O4甲苯254°C30]2014
LaMnO3氯乙烯243 €[31]2016
V2O5/TiO2氯苯295 °C[32]2015
Mn-Ce-O/y-AhOs氯苯335T[33]2010
Cu-Mn-Ce/ZrO2甲苯260 °C[34]2013

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