VOCs催化剂的选择及使用注意事项

贵金属催化剂的特点

非贵金属催化剂的特点

金催化剂可通过沉积沉淀法、化学蒸汽沉积和阳离子吸附的方法制备。金沉积在金属氧化物载体上后，形成金络合物和纳米颗粒对于氧化反应表现出了较高的活性，影响金催化活性的因素主要包括：载体的特性，金的负载量、制备方法等。

与其他贵金属催化剂相比，钯催化剂具有更高的热稳定性。关于是金属态还是氧化态是催化剂活性的主要贡献者存在争论。通常多孔载体由于其Pd稳定性，能够提高催化剂的稳定性。弱酸性载体催化剂活性最高。钯基催化剂在氧化苯、甲苯、二甲苯和甲烷方面比其他贵金属催化剂和混合金属催化剂活性高。

由于其高活性和高稳定性，铂催化剂在VOCs催化剂氧化方面应用广泛。金属氧化物和活性炭是铂催化剂的主要载体。工业应用受高成本和易中毒的特点受到一定限制，尤其是处理氯化物。在高湿度的环境下，铂催化剂容易由于水的吸附而失活。

Co₃O₄是zuiju活性的廉价金属催化剂之一，高活性主要与其尖晶石结构中的流动氧物种有关。催化剂具有高还原性、较多的氧空位和高浓度的亲电氧化物。Co₃O₄催化剂的活性主要取决于制备方法、处理条件、氧化状态和表面积，是甲苯和丙烷完全氧化最高效的催化剂。

由于P型半导体特性，导致晶格中电子的缺乏，镍基催化剂具有较高的催化活性。这种结构导致电子很容易从金属阳离子中逃逸，形成类似O-等活性组分的形成。催化剂中加入铈后，导致比表面积增加和更小的催化剂颗粒，能够有效提升催化剂性能。

钛基催化剂廉价，材料容易获得且化学稳定性高。尤其在光化学催化方面活性高，可以在紫外线下降VOCs分解成CO₂、酸和水。光催化反应通常在低温下进行，因此适合处理室内空气污染。

锰基催化剂成本低廉，已经验证对正己烷、丙酮、苯、乙醇、甲苯、丙烷和氮氧化合物的催化氧化具有较高活性。锰基催化剂的活性取决于催化剂结构、制备方法、表面积、载体性能和氧化态。锰基催化剂对于正己烷和乙酸乙酯的活性比Pt/TiO₂还要高。混合价态的Mn²⁺/Mn³⁺或Mn³⁺/Mn⁴⁺/与晶格氧的共同存在是催化剂高活性的原因。锰基催化剂遇Cl元素容易中毒。

氧化铜也是一种对甲烷，甲醇，乙醇和乙醛进行深度氧化的高活性催化剂。催化剂中Cu的价态决定了氧化反应的机理。催化剂表面的晶格氧也起着重要的作用，随着表面晶格氧的消耗，晶格氧扩散到催化剂表面成为反应的限制步骤。CuO负载在Al₂O₃极大的加强了分解效率，能够脱氢和氧化很多种VOCs。

铬基催化剂是非常高效的催化剂，尤其是针对卤化VOCs。结晶氧化铬比无定型氧化铬更适合作为催化剂，因为前者更倾向于催化形成CO₂。商业应用的铬催化剂由于长时间使用的失活问题而受到限制。

钒基催化剂最初主要用于氮氧化合物的去除，但目前证明对多氯污染物也有较好的效果。钒基催化剂能够有效抵抗二氧化硫的毒性，而且具有较高的活性和选择性，在Cl₂-HCl环境中仍能保持较好的稳定性，因此，钒基催化剂适用于含有氯和VOCs和氮氧化合物的催化氧化反应。

铈是稀土元素储量最丰富的的元素。由于有较多的氧空位、与其他金属元素较强的相互作用力，氧储量大和Ce³⁺和Ce⁴⁺相互转变，铈基催化剂具有独特的活性。CeO₂和CeO₂催化剂价格便宜，环境友好，对不含氯的VOCs活性较高。

金属催化剂的活性可以通过两个或者多种金属的协同作用来提高。研究显示，反应过程的速度控制步骤是金属氧化物中氧的移动，表明金属氧化物的可还原性是影响催化剂性能的重要因素。通过增加第二种金属可以提高金属氧化物的可还原性。

催化剂失活的常见原因和应对办法：

如果催化剂使用温度低于催化剂要求的温度，那么VOCs在催化剂表面容易发生结焦。如果单纯的催化剂表面积炭，建议提高催化剂温度到350℃在环境空气下进行4-24小时的处理。

如果催化剂在超高温下使用，催化剂表面的活性组分（铂、钯）会发生团聚，粒子长大，使得催化剂的有效活性位下降，催化剂活性下降。此外，高温会造成催化剂比表面积下降，催化剂载体和助催化剂发生固相反应等，使得催化剂活性下降。催化剂超高温使用导致的催化剂性能下降是不可逆，因此在催化剂使用过程一定要避免超高温使用。

如果VOCs气体中含有粉尘，小颗粒的粉尘容易进入催化剂微孔，使得催化剂性能下降，因此要保证VOCs气体中比较低的粉尘含量。如果大颗粒粉尘在催化剂表面沉积，那么可以用高压空气吹扫清理。

油通常指有机硅油，其中有机基团全部为甲基的称为甲基硅油。有机硅烷进入催化剂孔道发生反应，有机硅烷中的C元素转化为CO₂、H元素转化为水，Si元素转化为SiO₂，由于SiO₂是固体，会留在催化剂微小的孔道内，堵塞孔道，导致催化剂失活。而且，这种失活是不可逆的。因此，在VOCs处理时要避免有机硅的中毒。

金属有机化合物的中毒机理类似于有机硅。

对于Cl和S对催化剂的中毒，S对催化剂中毒作用较小，Cl只要不是高浓度和长时间的中毒，基本也是可逆的。但是当含氯有机物存在时，由于含氯有机物在催化剂表面吸附很强，因此会造成催化剂性能下降。可以将催化剂温度到350℃在环境空气下（不含氯）进行4-24小时的处理，催化剂性能基本会恢复。如果长时间、高浓度的长时间的中毒，依然会导致催化剂不可逆转的中毒的。

催化床中催化剂的填装要紧密、以免产生气体短路，导致净化效率的下降。

进入催化剂床层的有机废气的气体分布和温度分布要均匀。进入催化剂床层的有机废气的浓度应在爆炸极限的安全范围之内。

进入催化剂的有机废气中氧气含量应大于5%。

催化氧化治理设施每次开机前，应将催化剂床预热至300-350℃，方可进入有机废气。为保证催化剂长期使用，贵金属催化剂的通常使用温度为320-450℃，短时间最高不超过850℃；稀土非贵金属催化剂的通常使用温度大于等于350-400℃；短时间最高不超过550℃。

催化氧化治理设施正常工作时，催化后的温度应该高于催化剂前的温度，温度差与有机物的浓度成正比。

避免通入含有树脂、高沸点聚合物、重金属，及含硫、含氟有机物等容易造成催化剂中毒的物质。

催化剂对丁烷等低沸点的烷烃、石脑油溶剂、二氯甲烷效果较差，因此在选择催化燃烧时应预先了解废气成分。

催化氧化治理设施使用时，应做好各项参数的记录工作。