催化燃燒法是一種高效清潔燃燒技術(shù)，主要利用催化劑使有機(jī)廢氣在較低的溫度條件下充分燃燒。相對(duì)其他處理技術(shù)，催化燃燒具有起燃溫度低能耗少，處理效率高，無(wú)二次污染等顯著的優(yōu)點(diǎn)，是目前最有前景的
VOCs廢氣治理方法之一。
高效催化燃燒催化劑是
催化燃燒技術(shù)的關(guān)鍵核心，以塊狀載體作為骨架基體的催化劑稱為規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑，也稱為整體式催化劑。由于具有特殊孔道結(jié)構(gòu)，這類(lèi)催化劑改善了催化反應(yīng)床層上的物質(zhì)傳遞，提高了催化效率，降低了壓力，減少了操作費(fèi)用，在石油化工、精細(xì)化工等多相催化反應(yīng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
一、整體式催化劑
整體式催化劑主要由活性組分、助催化劑、分散擔(dān)體和骨架基體四部分構(gòu)成。整體式催化劑獨(dú)特的骨架結(jié)構(gòu)具有大量宏觀尺度上的中空孔道，內(nèi)部的孔道全是從一端到另一端直通，骨架基體起支撐體的作用，稱為第一載體；分散擔(dān)體通常以涂層的形式涂覆在骨架基體上，稱為第二載體，為了增大第一載體的比表面積，減少活性組分的用量和使活性組分更加均勻地分布在載體上，涂層材料一般具有高表面積，如Al2O3。骨架基體和分散擔(dān)體一起構(gòu)成了整體式催化劑的載體；活性組分是催化作用的根本性物質(zhì)，如Pt，Pd，Cu等；助催化劑是提高主催化劑活性、選擇性，改善催化劑耐熱性和壽命等的一種物質(zhì)組分，活性組分和助催化劑共同負(fù)載在載體上構(gòu)成整體式催化劑。
1、整體式催化劑與傳統(tǒng)粒狀催化劑的比較
整體式催化劑與粒狀催化劑相比，在傳熱、傳質(zhì)和壓降性能上有很大優(yōu)勢(shì)。(1)傳熱方面，整體式催化劑孔道多，孔壁較薄，平行孔道間沒(méi)有流體的徑向主體傳輸，可以認(rèn)為是徑向絕熱，由于其表面積高，氣體向表面?zhèn)鳠岷芸?；而粒狀催化劑要加熱的質(zhì)量相比較很大，最終使催化劑著火的時(shí)間長(zhǎng)。(2)傳質(zhì)方面，涂覆式的整體式催化劑能夠?qū)⒒钚越M分分散在表面上，另一方面，由于它具有高幾何表面積，縮短了反應(yīng)物到活性中心的擴(kuò)散路程，與粒狀催化劑相比較，內(nèi)擴(kuò)散距離大概少1個(gè)數(shù)量級(jí)，而且整體式催化劑的轉(zhuǎn)化率與催化反應(yīng)器形狀無(wú)關(guān)。(3)整體式催化劑一個(gè)很突出的特性是壓力降低，顆粒任意填充床中、氣流是湍流，而整體式催化劑的直通孔道減少了流動(dòng)阻力，在相同空速和床層高度下，整體式催化劑的壓力降比粒狀催化劑顆粒床低2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。另外整體式催化劑工業(yè)放大相較于粒狀催化劑簡(jiǎn)單。
2、骨架基體載體的分類(lèi)及其特點(diǎn)
根據(jù)不同的構(gòu)造，骨架基體主要有蜂窩型、泡沫型和交叉流動(dòng)型，其中蜂窩載體是研究最多、應(yīng)用最廣泛的一種。目前蜂窩載體按其材質(zhì)主要可以分為蜂窩陶瓷載體和金屬蜂窩載體。
二、貴金屬整體式催化劑
貴金屬很早應(yīng)用在催化燃燒領(lǐng)域中，與非貴金屬相比，貴金屬催化劑顯示出更高的催化活性。目前常用的貴金屬有Pd、Pd、Rh，在VOCs催化燃燒中應(yīng)用最多的主要是Pd和Pt[10]。由于貴金屬本身易揮發(fā)、易高溫?zé)Y(jié)和價(jià)格昂貴，常常通過(guò)負(fù)載在高比表面的載體上以提高其分散度，減少用量，而且這樣在一定程度上改善了貴金屬的穩(wěn)定性。
三、非貴金屬整體式催化劑
在催化燃燒領(lǐng)域中，非貴金屬催化劑具有原料豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)非貴金屬氧化物催化劑具有多種價(jià)態(tài)，容易形成氧化還原循環(huán)。非貴金屬催化劑大致可分為：?jiǎn)谓饘傺趸?、?fù)合金屬氧化物以及鈣鈦礦型金屬氧化物等，目前研究最多的是復(fù)合金屬氧化物催化劑，其中鈣鈦礦和六鋁酸鹽催化劑屬于高溫催化燃燒催化劑，具有特定結(jié)構(gòu)，有較好的催化活性和高溫穩(wěn)定性能，在VOCs催化燃燒應(yīng)用中越來(lái)越受到關(guān)注。
四、小結(jié)
催化燃燒法是目前最有經(jīng)濟(jì)前景的
VOCs廢氣治理技術(shù)，其中作為關(guān)鍵技術(shù)的整體式催化劑，受到越來(lái)越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)粒狀催化劑相比，整體式催化劑有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用性，汽車(chē)尾氣和工業(yè)廢氣的處理仍然是整體式催化劑的主要應(yīng)用方向，開(kāi)發(fā)適合更多領(lǐng)域的整體式催化劑具有廣闊的發(fā)展前景。
