低溫催化氧化VOCs研究綜述

揮發(fā)性有機(jī)化合物污染是一個(gè)復(fù)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(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，在研究和應(yīng)用領(lǐng)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(diǎn)。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(shù)是控制VOCs污染的更有效手段。

揮發(fā)性有機(jī)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(guān)心的問題。控制揮發(fā)性有機(jī)物污染物的最佳方法是在排放前將其清除。面對如此嚴(yán)峻的形勢，近年來出臺(tái)了越來越嚴(yán)格的規(guī)章制度，相應(yīng)地需要更有效的VOCs去除技術(shù)。本文綜述了近年來在實(shí)驗(yàn)室研究和工程應(yīng)用中催化去除揮發(fā)性有機(jī)物的研究進(jìn)展，以解決工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染控制的新趨勢。

1催化應(yīng)用

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

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(shù)之一。它們都使用兩個(gè)或多個(gè)含有陶瓷填料的床作為傳熱介質(zhì)。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(yīng)介質(zhì)和供熱的作用。

當(dāng)經(jīng)過陶瓷柜A時(shí)，VOCs被陶瓷層預(yù)熱，其溫度將升高，當(dāng)VOCs向下流經(jīng)陶瓷柜B時(shí)，大部分熱量保留在高比熱的陶瓷中，并準(zhǔn)備在下一個(gè)循環(huán)中預(yù)熱VOCs。與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模相比，工程應(yīng)用更注重成本與性能的平衡，故在選擇高效催化劑時(shí)，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(shè)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(jìn)行，故PCO的結(jié)構(gòu)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(shí)間較長，氧化能力和適應(yīng)性有限。

報(bào)告稱，在太陽能光催化間歇反應(yīng)器中，使用TiO2的PVC板在3h內(nèi)僅去除42%的苯和38%的甲苯。試驗(yàn)表明，該法具有較高的去除率，但與工程應(yīng)用水平相差甚遠(yuǎn)。此外，工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的VOCs排放比室內(nèi)環(huán)境更為復(fù)雜，因此發(fā)展最新的光催化技術(shù)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(shù)是不合理的，且每個(gè)工業(yè)污染源中存在多種VOCs。因此，所涉及的VOCs種類會(huì)相互競爭催化氧化；進(jìn)而不完全氧化導(dǎo)致去除率低和副產(chǎn)物。由于VOCs在物流中的多樣性和復(fù)雜性，通過單一的技術(shù)將它們?nèi)壳宄遣滑F(xiàn)實(shí)的。目前，催化與吸附濃縮、臭氧氧化等相結(jié)合的技術(shù)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(shù)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。

混合吸附濃縮催化技術(shù)具有吸附和氧化的優(yōu)點(diǎn)，且避免了飽和吸附劑的頻繁處置和單一技術(shù)無法解決的高能耗。

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(yù)處理可與普通催化技術(shù)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。在工程中，臭氧氧化過程中產(chǎn)生有害副產(chǎn)物尤為令人關(guān)注，研究制備了鈷錳復(fù)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(dá)到80.2%的甲醛去除效率。這種臭氧氧化與催化或光催化氧化結(jié)合的混合處理比單體處理更有效、更環(huán)保。

2結(jié)論

低溫催化脫除VOCs具有效率高、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的研究。涉及熱和光誘導(dǎo)類型的多組催化氧化劑已成功地用作常規(guī)VOCs去除技術(shù)。同時(shí)，吸附、臭氧氧化等在去除VOCs方面具有很多有點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能；但其在實(shí)踐中存在著二次污染及效率相對較低的缺點(diǎn)。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(yán)格的規(guī)定。混合催化處理結(jié)合了各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，對低濃度VOCs污染的治理更具成本效益。

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