近年來,隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和人口的快速增加,排放到空氣中的揮發(fā)性有機物(VOCs)廢氣急劇增多,已成為導(dǎo)致大氣污染的主要原因,嚴(yán)重危害人類的健康,制約社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
尋求合理有效的治理技術(shù)來解決VOCs 污染問題,已經(jīng)迫在眉睫。催化燃燒技術(shù)(含RCO/CO)是實現(xiàn)VOCs 高效燃燒的一種處理技術(shù),因具有起燃溫度低、處理效率高和無二次污染等優(yōu)點,在VOCs 凈化處理過程中顯示出了極大的競爭力。
催化燃燒技術(shù)的核心問題在于高效、穩(wěn)定催化劑的設(shè)計和制備,貴金屬催化劑具有較高的催化活性和選擇性,但由于資源稀缺,價格昂貴,這類催化劑通常負(fù)載在載體上,作為負(fù)載型催化劑被用于VOCs的催化燃燒。一方面提高了貴金屬的分散性,減少其用量,降低催化劑成本,另一方面可發(fā)揮貴金屬與載體之間的協(xié)同作用,進而改善催化劑的催化性能。
貴金屬催化劑通常以Pt、Pd、Au 等金屬作為活性組分,其中對Pt、Pd 的研究起步較早。僅對貴金屬催化劑做科普性簡要介紹。
一、Pt 催化劑
Pt 催化劑對VOCs 的催化燃燒具有較高的催化活性,在作為負(fù)載型催化劑時,其活性往往受多種因素的影響,如載體的性質(zhì)、顆粒尺寸以及Pt 的負(fù)載量等。由于載體的比表面積、孔結(jié)構(gòu)、酸堿度以及疏水性等,通常對活性組分的分散性、反應(yīng)物分子的吸附作用和金屬-載體之間相互作用等均有著較大的影響,使得載體的性質(zhì)在很大程度上決定了負(fù)載型Pt 催化劑的催化活性;因此,載體的不同,會導(dǎo)致負(fù)載型Pt 催化劑表現(xiàn)出不同的VOCs 催化燃燒活性。
總體上看,Pt 催化劑對苯、甲苯具有較高的催化燃燒活性,在處理含氯VOCs 時有更高的CO2選擇性,但難以催化氧化乙酸乙酯,且易受CO 中毒的影響。
二、Pd 催化劑
與 Pt 催化劑相比,Pd 催化劑有著更好的穩(wěn)定性,且價格相對低廉;在一定條件下,Pd 催化劑擁有比Pt、Au 催化劑更高的催化活性。
因此,Pd 催化劑在VOCs 催化燃燒領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。
三、Au 催化劑
在催化領(lǐng)域,Au 是一種對氧和氫呈現(xiàn)惰性的金屬。相比于Pd 和Pt,Au 與吸附物間的作用力更為適中,在某些條件下能獲得遠(yuǎn)優(yōu)于Pt、Pd 催化劑的效果。
自從發(fā)現(xiàn)納米Au 催化劑具有良好的CO 催化氧化活性后,將Au 作為活性組分的催化劑成為了人們研究的熱點。
四、雙組分貴金屬催化劑
眾多研究表示,向單組分貴金屬催化劑中添加另一貴金屬組分,可促進電子的流動和表面氧的生成,影響顆粒粒徑和電子結(jié)構(gòu),展現(xiàn)了比單組分貴金屬催化劑更優(yōu)異的催化活性。
據(jù)了解,目前過渡金屬改性的貴金屬催化劑和Pt-Pd、Pd-Au 等雙組分貴金屬催化劑是該方向的研究熱點。對貴金屬催化劑載體的研究通常涉及載體孔結(jié)構(gòu)和酸性的調(diào)控,孔結(jié)構(gòu)影響了組分分散度和分布形式,載體的酸性位強化了分子的吸附裂化,卻也易導(dǎo)致積碳的生成。
此外,部分催化材料還產(chǎn)生了載體-金屬的強相互作用,組分的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,影響了催化劑的反應(yīng)活性。盡管貴金屬有起燃溫度低、催化活性高等優(yōu)勢,實際應(yīng)用中,貴金屬催化劑仍存在易受S、P、Cl 等元素中毒的問題。因此,研究多組分VOCs 的催化燃燒,在環(huán)境保護領(lǐng)域具有重要的意義。
來源:北極星VOCs在線