低溫催化氧化VOCs研究綜述

揮發(fā)性有機化合物污染是一個復雜的問題，涉及到廣泛變化的污染物，威脅人類健康和環(huán)境。低溫催化氧化具有高效、經濟的特點，在研究和應用領域得到了廣泛的研究。綜述了再生催化氧化、光催化氧化和吸附濃縮/臭氧化混合處理的工程特點。研究表明，提高催化劑的低溫活性，提高氧化劑的熱回收效率，發(fā)展混合處理技術是控制VOCs污染的最有效手段。

揮發(fā)性有機化合物（VOCs）從各種工業(yè)和自然資源排放到環(huán)境中，形成的污染是所有人共同關心的問題。控制揮發(fā)性有機物污染物的最佳方法是在排放前將其清除。面對如此嚴峻的形勢，近年來出臺了越來越嚴格的規(guī)章制度，相應地需要更有效的VOCs去除技術。本文綜述了近年來在實驗室研究和工程應用中催化去除揮發(fā)性有機物的研究進展，以解決工業(yè)揮發(fā)性有機物污染控制的新趨勢。

1催化應用

催化反應具有明顯的低溫活性、選擇性和高效性等優(yōu)點，在工業(yè)污染控制中得到了廣泛的應用。其中，RCO和PCO是VOCs污染控制市場上的2種主要催化技術。在此基礎上，將吸附、臭氧氧化與之相結合的混合處理技術也逐漸成為一種新興的技術。

1.1再生催化氧化

再生催化氧化(RCO)是一種與再生熱氧化(RTO)相似的去除VOCs的最節(jié)能技術之一。它們都使用兩個或多個含有陶瓷填料的床作為傳熱介質。[1]典型的兩床RCO主要由陶瓷層、催化劑層、加熱器組成，分別起到蓄熱、反應介質和供熱的作用。當經過陶瓷柜A時，VOCs被陶瓷層預熱，其溫度將升高，當VOCs向下流經陶瓷柜B時，大部分熱量保留在高比熱的陶瓷中，并準備在下一個循環(huán)中預熱VOCs。與實驗室規(guī)模相比，工程應用更注重成本與性能的平衡，故在選擇高效催化劑時，更注重催化劑的起燃溫度和氣體空速，這決定了能耗水平和設備尺寸。

1.2光催化氧化

與熱催化不同，光催化可在室溫下使用紫外線或可見光進行，故PCO的結構比RCO簡單。光催化在室溫下對各種VOCs具有廣泛的活性，但停留時間較長，氧化能力和適應性有限。[8]報告稱，在太陽能光催化間歇反應器中，使用TiO2的PVC板在3h內僅去除42%的苯和38%的甲苯。[2,3]試驗表明，該法具有較高的去除率，但與工程應用水平相差甚遠。此外，工業(yè)活動產生的VOCs排放比室內環(huán)境更為復雜，因此發(fā)展最新的光催化技術成為必要。

1.3催化混合處理

隨著工業(yè)工藝的不斷發(fā)展和優(yōu)化，大部分VOCs污染源傾向于排放低濃度VOCs。在這種情況下，傳統(tǒng)技術是不合理的，且每個工業(yè)污染源中存在多種VOCs。因此，所涉及的VOCs種類會相互競爭催化氧化；進而不完全氧化導致去除率低和副產物。[4]由于VOCs在物流中的多樣性和復雜性，通過單一的技術將它們全部清除是不現(xiàn)實的。目前，催化與吸附濃縮、臭氧氧化等相結合的技術更為有效和合適。

1.3.1吸附濃縮催化氧化

吸附濃縮催化技術是一種良好的低濃度VOCs污染解決方案。通過連續(xù)吸附和解吸，得到較高濃度的VOCs，使后處理更節(jié)能?；旌衔綕饪s催化技術具有吸附和氧化的優(yōu)點，且避免了飽和吸附劑的頻繁處置和單一技術無法解決的高能耗。[5]

1.3.2 臭氧氧化催化

由于VOCS污染物在氣體環(huán)境中穩(wěn)定性差，單次臭氧化很難使其完全氧化為CO2和H2O。使用臭氧作為預處理可與普通催化技術產生協(xié)同效應。[5]在工程中，臭氧氧化過程中產生有害副產物尤為令人關注，研究制備了鈷錳復合氧化物催化劑，在室溫下于O3去除甲醛，在微量O3濃度下達到80.2%的甲醛去除效率。[6]這種臭氧氧化與催化或光催化氧化結合的混合處理比單體處理更有效、更環(huán)保。

2結論

低溫催化脫除VOCs具有效率高、經濟性等優(yōu)點，受到了廣泛的研究。涉及熱和光誘導類型的多組催化氧化劑已成功地用作常規(guī)VOCs去除技術。同時，吸附、臭氧氧化等在去除VOCs方面具有很多有點，在實驗室反應器中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能；但其在實踐中存在著二次污染及效率相對較低的缺點。對于低濃度特征的VOCs排放，傳統(tǒng)的燃燒、冷凝等方法難以滿足嚴格的規(guī)定?；旌洗呋幚斫Y合了各種技術的優(yōu)點，對低濃度VOCs污染的治理更具成本效益。

文章來源：北極星VOCs在線

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