綠之源環(huán)保
綠之源環(huán)保
綠之源環(huán)保
揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn),不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害,還會(huì)造成浪費(fèi).催化燃燒技術(shù)是近年來(lái)興起的污染治理技術(shù),具有費(fèi)用低、凈化效率高,無(wú)二次污染等特點(diǎn).本文介紹了催化燃燒裝置所用催化劑種類(lèi)、催化燃燒不同工藝的特點(diǎn),并對(duì)催化燃燒技術(shù)在有機(jī)廢氣處理方面的應(yīng)用進(jìn)行展望.
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化工企業(yè)的新起導(dǎo)致了大量工業(yè)有機(jī)廢氣的排放。根據(jù)國(guó)家空氣質(zhì)量提高聯(lián)防聯(lián)控的規(guī)劃，揮發(fā)性有機(jī)污染物VOCs的控制工作已列為聯(lián)防聯(lián)控工作的重點(diǎn)任務(wù)之一。而催化燃燒作為控制VOCs污染的主要技術(shù)，具有反應(yīng)條件溫和、操作條件容易控制、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在難生物降解的VOCs污染控制方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，受到研究者的廣泛重視。本文主要對(duì)催化燃燒技術(shù)中所用催化劑種類(lèi)、工藝特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并對(duì)其在有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行展望。
1催化劑選型
催化燃燒裝置中，與直接燃燒相比催化劑的存在使有機(jī)物在熱破壞時(shí)僅需更少的保留時(shí)間和更低的溫度，催化濃度范圍廣，幾乎可以處理所有的烴有機(jī)廢氣及惡臭氣體，凈化率一般都在95%以上，催化劑的種類(lèi)按活性成分不同大體可分為三大類(lèi)。
1.1貴金屬催化劑
Pt、Pa、Ru等貴金屬對(duì)烴類(lèi)及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且適用范圍廣、催化劑壽命長(zhǎng)、便于回收，因次在處理有機(jī)廢氣中較為常用。
施春苗等用乙二醇二甲醚蒸氣和甲苯蒸氣作為催燃燒氣，探究了3種不同鈀-鎳合金負(fù)載型催化劑對(duì)有機(jī)廢氣催化燃燒效果的影響，并用SEM和EDS對(duì)催化劑進(jìn)行表征，結(jié)果顯示，鈀含量的改變對(duì)催化劑的活性影響很大，0.5%和0.8%Pd/Ni合金基燃燒催化劑在210～240℃溫度區(qū)間可使1600mg/m3的甲苯廢氣和40000mg/m3的乙二醇二甲醚廢氣轉(zhuǎn)化率達(dá)95%，具有優(yōu)良的催化燃燒效果。王筱喃等采用FRIPP自主研發(fā)的Pt，Pd催化燃燒催化劑對(duì)單組分及多組分關(guān)鍵有機(jī)模擬廢氣進(jìn)行了催化燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用Pt/Pd催化燃燒催化劑處理的含苯系物有機(jī)廢氣的最佳溫度為250℃，床層空速為20000h-1，含苯系物的有機(jī)廢氣的去除率可達(dá)97%以上。
1.2過(guò)渡金屬氧化物催化劑
過(guò)渡金屬氧化物作為一種氧化性較強(qiáng)的催化劑，對(duì)CH4等烴類(lèi)和CO均具有較高的催化活性，同時(shí)催化劑的成本較低，常見(jiàn)的有CoOX、CuOX和MnOX等催化劑。
萬(wàn)義玲等用檸檬酸(CA)溶膠-凝膠法制備了不同錳Mn/(Ce+Mn)物質(zhì)的量比的CeO2-MnOx催化劑，在氯乙烯有機(jī)廢氣的催化燃燒模型反應(yīng)中，研究了制備條件和反應(yīng)條件對(duì)制備CeO2-MnOx催化劑性能的影響，結(jié)果表明當(dāng)CA:Mn:Ce=0.3:0.5:0.50時(shí)，制備的CeO2-MnOx催化劑活性最好，在10000～30000h-1床層空速和0.05%～0.15%的低濃度氯乙烯催化燃燒反應(yīng)中均具有良好的效果。大連理工大學(xué)研制的含MnO2催化劑，在一定的條件下可以脫除CH3OH蒸氣，并對(duì)C2H4O、C3H6O、C6H6蒸氣的清除也有很好效果。
1.3復(fù)合氧化物催化劑
復(fù)氧化物相較于單一氧化物由于其各組分間存在結(jié)構(gòu)或電子調(diào)變等相互作用，其催化活性較高。主要有以下兩大類(lèi):一、鈣鈦礦型復(fù)氧化物:稀土與過(guò)渡金屬氧化物形成的具有天然鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，一般通式為ABO3，常見(jiàn)的有LaMnO3和BaCuO2等;二、尖晶石型復(fù)氧化物:通式為AB2X4是一種重要的復(fù)氧化物結(jié)構(gòu)類(lèi)型，尖晶石型催化劑具有突出的深度氧化催化活性。黃海鳳等采用ZrO2、SiO2、MgO、Al2O3和TiO2和為載體，通過(guò)浸漬法制備了三元復(fù)合氧化物Cu-Mn-Ce(CMC)的負(fù)載型催化劑，以甲苯和丙酮作為催化燃燒氣，研究了該催化劑的催化燃燒活性。結(jié)果表明，純CMC催化劑的鈰基固溶體結(jié)構(gòu)具有良好的催化活性，其中TiO2和ZrO2作為載體時(shí)，CMC的高溫?zé)岱€(wěn)定性最好，這是由于TiO2和ZrO2較好的保持了該催化劑的活性固溶體結(jié)構(gòu);而當(dāng)SiO2和Al2O3作為載體時(shí)，其表面羥基和大比表面積不利于CMC活性固溶體結(jié)構(gòu)的形成，以MgO作為載體時(shí)，Mn，Cu等過(guò)渡金屬其發(fā)生相互作用而使CMC的活性結(jié)構(gòu)被破壞，催化活性降低。
2催化燃燒工藝
2.1工作原理
催化燃燒是一個(gè)氣-固相催化反應(yīng)過(guò)程，其反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是活性氧參與的深度氧化作用。在催化燃燒過(guò)程中，催化劑具有吸附作用，同時(shí)可以降低反應(yīng)的活化能，通過(guò)將反應(yīng)物分子富集于催化劑表面從而提高反應(yīng)速率，加快反應(yīng)進(jìn)程。利用催化劑的優(yōu)異性能，可使有機(jī)廢氣在較低的起燃溫度(200～300℃)下發(fā)生無(wú)焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時(shí)放出大量熱能。并且由于催化劑具有選擇性催化作用，可以限制燃料中含氮化合物(RNH)的氧化過(guò)程，使其在反應(yīng)中生成分子氮(N2)。
2.2主要工藝
目前所用的催化燃燒裝置主要包括固定床催化燃燒工藝、流化床催化燃燒工藝、整體式催化燃燒工藝、流向變換催化燃燒工藝四大類(lèi)，各工藝所用催化劑類(lèi)型和對(duì)有機(jī)廢氣的處理效果、工藝特點(diǎn)如表1所示。
3展望
催化燃燒技術(shù)具有燃點(diǎn)低，能耗低的特點(diǎn)，可大大增加低濃度有機(jī)廢氣的處理效率，在催化反應(yīng)、化工領(lǐng)域、自動(dòng)檢測(cè)和環(huán)境工程控制等領(lǐng)域均具有重要應(yīng)用。但由于催化劑容易中毒，壽命等因素使其在有機(jī)廢氣處理中的應(yīng)用具有一定局限性。因此大力研發(fā)新型催化燃燒催化劑，研制具有大比表面積、低起燃點(diǎn)、空速及抗毒能力強(qiáng)的非貴金屬催化劑，使其能夠在低溫條件下同時(shí)降解多種不同濃度有機(jī)廢物，將成為今后研究工作的重點(diǎn)。同時(shí)催化燃燒裝置應(yīng)向整體型、節(jié)能型發(fā)展，以降低造價(jià)和使用費(fèi)。
