博文
挥发性有机化合物净化催化剂研究进展（续）
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2 燃烧催化剂载体材料
为改善和提高燃烧催化剂的催化性能，对催化剂载体材料也进行了大量的研究。γ-Al2O3、α-Al2O3、分子筛、硅胶、堇青石等为使用较多的载体材料，它们多为球形、圆柱体、条形、不规则颗粒以及环形等，在燃烧催化剂中使用陶瓷蜂窝载体也十分普遍。
2.1 普通氧化物载体
普通氧化物一般有γ-Al2O3、SiO2、CeO2、Cr2O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3等。γ-Al2O3应用广泛但耐热性差，堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)的耐热性好，热膨胀系数小，是燃烧催化剂的优良载体。但由于其比表面积小(1～2 m2/g)，使它所负载的燃烧催化剂的催化活性受到限制。若表面涂覆γ-Al2O3层，可以增加其比表面积，仍存在诸多缺点。若涂覆LaAlO3层，可以促进燃烧催化剂活性组分(钙钛矿型结构，如可避免较活泼的钴离子和γ-Al2O3结合生成燃烧活性很差的尖晶石型化合物(若以LaCoO3为活性组分)。因此，从实际应用考虑，可选择LaAlO3作为燃烧催化剂的第二载体，提高催化剂的耐热性和活性[34]。
CeO2、TiO2、ZrO2等氧化物在催化剂中即起载体和助剂的双重作用，即减了少贵金属用量，又改变催化剂的电子结构和表面性质，提高催化剂活性和稳定性。CeO2是应用最广泛的稀土氧化物添加剂，其作用表现在以下几个方面[29]：1)稳定活性氧化铝涂层；2)对贵金属具有助催化作用，提高贵金属的表面分散度；3)促进水汽转移反应：H2O+CO = CO2+H2， 水汽转移反应能够促进NO的还原，在水蒸汽存在下提高NO的转化率；4)由于其出色的氧存储能力—富燃条件下释放氧，贫燃条件下吸收氧，起到扩大空燃比窗 口的作用，提高催化剂在工况下的活性；5)提高催化剂的抗中毒能力；6)提高催化剂载体的机械强度，能够起到稳定晶型结构和阻止体积收缩的双重作用。 ZrO2，TiO2和碱土金属氧化物(如BaO，CaO或SrO)等都是防止Al2O3热退化的常用助剂。某些非稀土金属能充分发挥贵金属的性能，如Ba可有效避免CeO2因高温熔结而晶粒长大，Mo可稳定Pt的分散度。[29]
2.2 分子筛载体
用 于VOC催化剂载体的分子筛有Y、HY、SY、SY-A、ZSM-5、SAPO-5等类型。从表1中的数据可看出，硅酸Y型分子筛（SY-A）的性能比其 它类型的更好。（1）SY-A载体的结构更稳定，在水蒸气中具有高活性。由于SY型结构因水蒸气流或高温加热脱去Al遭破坏，且SY-A稳定的微孔结构可 有效阻止γ-Al2O3转变为α-Al2O3。SY-A在1200 ℃加热4h后比表面积为514 m2/g，是未加热前的90%；在1000 ℃100%水蒸气下，能保持完整的结构。（2）SY-A载体不同于普通的Y型沸石，负载的Pd原子和分子筛笼中的Al强烈作用，使大量Pd原子在保持原子态。因此，考虑到以上二点，SY-A可作为耐高温催化燃烧的理想载体。[17]
3 VOC还原催化脱卤催化剂[19]
还原催化脱卤法最大的优点是可减少有毒副产物的生成，该法以H2为还原剂在催化剂的作用下脱去卤化物中的卤素，将反应物转化为无害或易净化的物质，具有一定的实用价值。以氯苯为探针分子，在不同催化剂的作用下，氯苯催化脱氯反应很容易进行，可将氯苯定向转化为苯或是无害的环己烷。
表7催化剂对氯苯脱氯
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催化剂
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转化率/%
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苯/%
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环己烷/%
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Pt/γ-Al2O3
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97
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0
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100
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Pd/γ-Al2O3
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98
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86
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14
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Pt/C
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100
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0
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100
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Pd/C
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100
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81
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19
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Pt/Vycor
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96
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0
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100
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Pd/Vycor
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99
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84
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16
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Pt/AlF3
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100
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0
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100
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Pd/AlF3
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6
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97
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3
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反应条件：Pt催化剂，Pd催化剂10 g；0.27 mmol/min PhCl和2.5 mmol/min H2；反应温度140 ℃。
从表7中的数据可看出，Pd和Pt催化剂分别对苯和环己烷的生成具有高的选择性。其中Vycor是一种新型多孔玻璃材料，可作为Pt催化剂的理想载体。这种材料的组成为：9.6% SiO2，3% B2O3，0.4% Na2O，1% Al2O3+ZrO2，比表面积为259 m2/g，对CCl4和CHCl3等化合物的氢化具有高的选择性和转化率。
4 国内外研究动向与展望
自从1949年美国催化燃烧公司用纯铂和钯作催化剂催化燃烧有机废气以 来，世界上许多国家进行VOC催化剂的开发研究。目前国外生产VOC净化催化剂的主要公司有Engelhard，Johnson Matthey，Allied Signal及UOP四家，主要以Pt、Pd等贵金属为燃烧催化剂的活性组分。国内研制的VOC净化催化剂中，根据处理的对象不同，使用贵金属作活性组分 的有LY-C、NZP、JFJF型催化剂，使用复合金属氧化物作活性组分的有BMZ和PCN-1等型号。由于VOC的成分复杂，各种污染物的特性不同，任 何单一的控制方法均受其去除性能、投资运行费用和适用范围的影响，治理VOC还需优化各种控制技术和开发不同控制方法的组合技术，以达到提高去除率、降低 成本和减少二次污染的目的，这是目前消除VOC技术的发展方向之一。由于一种物质在混合物中的催化机理不同于该物质的单一行为，对VOC中多种物质催化燃 烧机理的研究又十分缺乏，因此开发高性能、使用范围广的催化剂和对多组分VOC催化燃烧机理的探索仍是今后研究的主要任务。
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（收到修改稿日期：2004-03-14）
[1]第一作者：吴 涛，男，1978年生，硕士研究生，主要从事催化新材料研究。
* 宁夏回族自治区科学基金项目(B006)。
https://blog.sciencenet.cn/blog-3913-9346.html
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