低温催化脱除VOCs的技术和应用

挥发性有机化合物(VOCs)从各种工业和自然来源排放到我们的环境中，其形成的污染是所有人共同关心的问题。大多数VOCs有毒或有气味，可能与其他空气污染物(如O3、NOx、SOx)一起引起严重的光化学反应。受一定气候活动的影响，局部尺度的空气污染很可能演变为规模较大的区域性污染，治理难度较大。控制VOCs污染物的最好方法是在排放前将其清除。同时，采用热燃烧、催化、吸附回收、吸附、生物过滤等多种传统技术去除VOCs。其中，低温(293-673 K)催化氧化被证明是最可靠和有效的后处理技术之一。

通常，醛、芳烃和卤代烃是工业VOCs大家庭中最常见的污染物。据报道，中国工业非甲烷VOCs排放量从1980 1.15 Tg 到2010年13.35 Tg，增长11.6倍，年均增长8.5%。VOCs年排放量已接近NOx或SO2年排放量。针对这种严重的情况，近年来越来越严格的法规出台，因此需要更有效的VOCs去除技术。涉及贵金属和金属氧化物的低温催化剂提供了在相对温和的条件下快速和选择性地生产目标化学产物(CO2和H2O)的可能性。它们在工程应用中具有显著的节能、安全和空间效率优势，如:回热催化氧化(CO)、再生催化氧化(RCO)和光催化氧化(PCO)。与石油化工裂解、氨氧化和汽车尾气清洗的部分催化不同，完全催化将VOCs氧化为CO2和H2O而不是其他不良产物，更注重低温活性。

随着现代工业的发展，越来越多的工厂开始将粗放型生产线升级为更高效、更环保的集约型生产线。因此，更绿色的工艺可以排放更少、更低浓度的污染物，甚至实现零排放。在实际工程中，污染条件往往比实验室实验更加复杂和不稳定;同时对可靠性、实用性和经济性有了更明确的要求。面对低浓度VOCs污染，无论是单一的传统技术，还是新兴的等离子体分解和光催化技术，都不能有效地去除VOCs污染物。但是，结合催化和其他技术(例如吸附浓度、等离子体、臭氧化等)的混合处理被发现比个别技术更具成本效益和吸引力。因此，基于效率和经济方面对催化剂性能和工程设计的要求是明确的。

针对工业VOCs污染控制的新趋势，综述了近年来催化脱除VOCs在实验室研究和工程应用方面的最新进展。

2.低温催化剂

众所周知，催化剂可以通过降低活化能(EA见图1;除了光催化剂本身可以在环境温度下工作外，贵金属和金属氧化物都有望在尽可能低的温度(大多低于673 K)下分解VOCs，无论是研究还是工程，具有高低温活性的催化剂都能带来高效节能的效果，这是本文综述的重点。根据实际情况，实验室研究经常选择醛、芳香族、卤代烃等典型VOCs作为目标污染物。表1总结了几种有效低温催化剂的反应条件和催化性能。