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催化燃烧的固化反应
2020-07-08

催化燃烧是一个气-固相催化反应,其实质是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂降低反应的活化能,同时使反应物分子富集于催化剂表面,以提高反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧,并氧化分解成为CO2和H2O,同时放出大量热量,达到了净化废气的目的。

催化剂中活性组分是*重要的组成部分,直接影响催化效果,按照催化剂所使用的活性组分,可将催化剂分为贵金属催化剂和过渡金属催化剂两大类。

催化剂的形状不仅影响反应器压力降,也影响反应物和产物的扩散速度,以及反应选择性和转化率。因此,在催化燃烧反应过程中,催化剂在床层中的形状对催化剂的催化燃烧性能有很大的影响。常用催化剂按形状可分为颗粒状和整体式催化剂两大类。

催化燃烧是一个强放热反应,颗粒催化剂在反应中会产生“热点”和局部高温,催化剂易烧结失活;同时,颗粒催化剂床层压降高,当含有粉尘的废气通过时,床层易被阻塞;另外颗粒催化剂强度低,易破损,阻力大。因此,颗粒催化剂并不适合催化燃烧空速和热效应较大的工业有机废气。

目前国内外对用于催化燃烧处理芳烃废气催化剂研究的发展趋势是:

虽然非贵金属催化剂成本低,热稳定性相对较好,但催化活性低、起燃温度高,难以实现工业应用。贵金属催化剂具有其他金属无可比拟的优越性,但是稳定性较差、价格昂贵,资源短缺,制约了其大规模应用。所以目前对催化燃烧催化剂的研究,主要是通过添加非贵金属改善贵金属催化剂的织构、结构、氧化还原等性能,提高催化剂的活性和选择性、稳定性,降低贵金属用量,实现单原子催化也成为贵金属催化领域的研究热点。

目前的研究对象大多集中于易被催化燃烧的甲苯,但对结构稳定和毒性大的苯报道较少。另外,处理对象单一,大多数研发工作是在CH4、脂肪烃、醇、醛、甲苯等单一VOCs上进行,而实际工业气体往往组成非常复杂,含有醛、醇和芳烃(如苯)及杂原子(Cl、N、S)有机物等。由处理一种VOCs到同时处理多种VOCs,及VOCs和其他污染物的混合物。

催化燃烧与其它控制技术相结合,使其应用范围更广、处理效率更高,能耗更低:如吸附-催化燃烧、冷凝-催化燃烧等。

对氧化机理和反应动力学尚缺乏深入的研究,特别对发生在催化剂上的反应路径和分子活性氧需要更深入理解。此外,多种有机废气混合,易引起催化剂失活,这一系列复杂的问题有待进一步探索。


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