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挥发性有机化合物（VOC）净化催化剂研究进展 作者：吴涛 薛屏 徐立冬???? 摘要：介绍了挥发性有机化合物（VOC）的危害及催化燃烧法和还原催化脱卤法净化VOC的优势，着重讨论了催化燃烧催化剂的种类，进展和存在的问题。 关键词：挥发性有机化合物 催化燃烧 还原催化脱卤 催化剂 　　挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称VOC）是指在常温下饱和蒸气压约大于70 Pa，常压下沸点低于260 ℃的有机化合物。这些易挥发性物质是石油化工，制药工业，印刷工业，涂料装饰业，表面防腐等行业排放废气中的主要污染物[1]。 　　VOC的危害主要表现在以下两个方面[2～5]，一是大多数VOC有毒、有恶臭，对人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用，对心、肺、肝等内脏及神经系统产生有害影响，甚至造成急性和慢性中毒，可致癌、致突变。二是VOC可破坏大气臭氧层，产生光化学烟雾及导致大气酸性化。世界各国都通过立法不断限制VOC的排放量，如美国《净化大气法》强调在未来几年要减少189种有毒化学品90%的排放[6]，其中70%的化学品是挥发性有机化合物。根据VOC消除的难易程度，可以将其分为非卤化挥发性有机化合物（VOC）和卤化挥发性有机化合物（CVOC）两类。对于有机废气的治理，主要有直接燃烧法和催化燃烧法[7]。直接燃烧法反应温度多在1000 ℃以上，能耗高，易产生Cl2、COCl2、NOX、多氯二苯呋喃等有毒副产物。而这些物质对环境的危害更大。目前VOC最有效的净化方法是催化燃烧法[8～10]，该法具有辅助燃料费用低、操作温度低、设备体积小、VOC去除率高、无二次污染物等优点，而且可操作性强，因此在控制污染排放物方面变得愈加重要。 　　1 VOC催化燃烧催化剂 　　用于VOC净化燃烧的催化剂，应具备在一定燃料/空气比下起燃温度低、转化率高、低温高活性、寿命长等特性。所使用的载体应具有大比表面积、低阻力、耐高温和热稳定性等性能。由于排放的有机废气成分复杂，催化剂的服役条件恶劣，如何制备高性能催化剂是VOC催化燃烧净化技术的关键。目前，VOC净化催化剂一般有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和贵金属-过渡金属氧化物催化剂[12]。 　　1.1 贵金属催化剂 　　贵金属催化剂具有低温高活性和起燃温度低的特点，对S的抗毒性也强于金属氧化物催化剂[13]。在工业中常用的贵金属催化剂有Pt、Pd等。Pt和Pd对不同反应物呈现的活性还有差异，对CO，CH4及烯烃的氧化，Pd优于Pt；对芳烃氧化，两者相当；对C3以上直链烷烃氧化则Pt优于Pd[14]。贵金属催化剂对VOC催化氧化的活性顺序为：乙醇乙醛芳香族酮醋酸盐卤代烃烷烃[9]。 　　表1 催化氧化VOC的贵金属催化剂 　　 催化剂 　　 VOC 　　 反应温度/℃ 　　 空速/h-1 　　 转化率/% 　　 0.3%Pt/γ-Al2O3[15] 　　 苯 　　 220 　　 30000 　　 100 　　 0.3%Pt/TiO2(W6+)[15] 　　 苯 　　 200 　　 30000 　　 100 　　 Pd/La-Al2O3[16] 　　 己烷 　　 400 　　 - 　　 97 　　 Pd/γ-Al2O3[6] 　　 丁烷 　　 250 　　 30000 　　 100 　　 Pt/SZ[17] 　　 戊烷 　　 240 　　 5000 　　 90 　　 Pd/SY-A[16] 　　 己烷 　　 400 　　 - 　　 99 　　 0.54%Pd/HY[18] 　　 苯 　　 450 　　 - 　　 90 　　 0.51%PdY[18] 　　 苯 　　 260 　　 - 　　 97 　　贵金属催化剂氧化VOC的影响因素有以下几个方面：1)活性组分分散度的影响[3]。Pd、Pt催化剂的分散度对VOC氧化反应的影响很大，Pd和Pt/γ-Al2O3催化剂在高温（550～800 ℃）下煅烧形成高的分散度，分散度（0 D 1）与金属离子尺寸d（nm）的关系为d=1.1/D。Pt的活性随尺寸的增大而增强，当晶体大小超过10 nm后活性达到稳定。以苯为探针分子，分散度小于10%（d10 nm）的Pt/γ-Al2O3催化剂的活性是其低分散度的40倍；2）从催化过程看[19]。低温燃烧时，VOC分子低温氧化与催化剂吸附同时发生，并有明显的转化率。氧化反应低温进行时，部分产物生成后立即被催化剂吸附。但由于氧化反应是放热过程，催化剂局部温度升高，VOC与产物（CO2和H2O）发生脱附；3）从动力学角度看[3]。催化反应最简单的动力学速率方程为Vco2=KCVOCnCO2m。对大多数的反应，氧的