Catalytic combustion of VOCs on non-noble metal catalysts

Volatile organic compounds (VOCs) are toxic and contribute significantly to the formation of the photochemical smog, which has remarkable impact to the air quality; therefore, the research on the removal of VOCs has attracted increasing interests during the last decade. This review covers the recent developments in catalytic combustion of VOCs over non-noble metal catalysts including mixed metal oxide catalysts, perovskite catalysts and Au-containing catalysts. The effect of water vapor, coke formation and the effect of supports on the catalytic combustion process will be discussed. The concept of an adsorption/catalytic combustion dual functional system is introduced and several examples of such systems are evaluated. To develop efficient and cost effective VOC removal technologies, further research in catalytic combustion needs to develop novel non-noble metal catalysts and adsorbents, and improve the understanding of catalytic mechanisms involved.     

挥发性有机物燃烧催化剂的研究进展

挥发性有机物（VOCs）是主要大气污染物质，也是形成PM_2.5和臭氧的重要前体。强化挥发性有机物控制，是改善大气环境的重要途径。催化燃烧（氧化）被认为是去除VOCs最有效的方式之一，本文综述了VOCs催化燃烧常用的贵金属催化剂、非贵金属催化剂。其中，贵金属催化剂主要包括基于Pd、Pt、Ru等的催化剂，非贵金属催化剂主要包括Mn、Co、Ce、Zr等的氧化物，通常贵金属催化剂具有比非贵金属更高的氧化活性和稳定性，但对于含氮VOCs非贵金属催化剂（Mn、Cu）具有更好的氮气选择性，Cr基催化剂对于含氯VOCs燃烧具有更好的效果。此外，还重点讨论了载体、分散度、催化剂制备方法对贵金属催化剂性能的影响，并对发展VOCs氧化催化剂的研究提出了展望。     

燃烧处理挥发性有机污染物的研究进展

随着环境问题的日益严重,治理作为PM_2.5前体的挥发性有机物（VOCs）越来越受到重视,燃烧法是目前常用的处理VOCs污染物技术之一。本文从燃烧的机理出发综述了燃烧法处理VOCs的研究进展,将燃烧法分为两大类,即非催化燃烧法和催化燃烧法。非催化燃烧法中从燃烧方式出发,总结了直接燃烧法、蓄热式热力燃烧法、多孔介质燃烧法的研究进展,并对燃烧影响因素进行了综述。在催化燃烧法中阐述了贵金属催化剂、非贵金属催化剂和复合金属氧化物催化剂的研究进展,探讨了催化剂的失活问题,分析了每种催化剂的优势与不足。贵金属催化剂活性高,但是价格昂贵、稳定性差;非贵金属催化剂价格低廉、寿命长,但是起燃温度高;复合金属氧化物催化剂活性高、抗毒性强,但是制备工艺复杂。最后基于目前的研究现状和不足,展望了未来燃烧法处理VOCs的研究方向为：结合实际应用的工艺条件和催化燃烧的机理,制备出活性高、价格低廉、抗毒性强和寿命长的催化剂用于蓄热式催化燃烧技术;将催化燃烧和多孔介质燃烧相结合,开发出高效、稳定、经济的燃烧技术处理VOCs污染物。     

含氯挥发性有机化合物催化燃烧催化剂的研究进展

含氯挥发性有机化合物(CVOCs)是一类重要的大气污染物,催化燃烧是实现CVOCs高效减排的一种主流处理技术,但工艺过程中存在氯元素易吸附在催化剂表面致使催化剂失活的问题。本文从催化燃烧CVOCs的反应机理、催化剂活性组分、催化剂载体等几个方面,对近年来催化燃烧处理CVOCs的研究进行了综述,其中催化活性组分可分为以钌、钯为主的贵金属催化剂和集中在高活性的过渡金属复合氧化物、钙钛矿型非贵金属催化剂,并重点阐述了水蒸气对催化燃烧CVOCs反应活性的影响及机制。根据国内外研究状况和技术水平,提出了催化燃烧技术的研究及发展方向,充分利用一定浓度水蒸气的优点抑制催化剂氯中毒及产生较低含量的副产物,为CVOCs高效工业化处理提供了重要的参考。     

甲烷催化燃烧反应工艺研究进展

甲烷催化燃烧是一种清洁高效的甲烷燃烧技术,在节能减排中具有重要的应用价值。从催化剂、反应工艺和过程强化等方面对近年来甲烷催化燃烧技术进行综述,重点介绍颗粒催化剂固定床反应工艺、整体式催化剂反应工艺、流化床反应工艺和吸放热耦合反应工艺研究进展。用于固定床反应器的颗粒催化剂主要为负载型贵金属催化剂和非贵金属氧化物催化剂。贵金属催化剂活性好,起燃温度低,适合低浓度甲烷的催化燃烧。非贵金属氧化物催化剂耐高温性好,适合较高浓度甲烷燃烧体系。整体式催化剂的甲烷催化燃烧反应工艺中,最常用的是蜂窝陶瓷和金属合金等整体式催化剂的多段式催化燃烧反应器的设计。设计直接采用多段式整体催化剂,催化剂的位置不同,发挥的催化作用也不同。流化床催化燃烧装置具有燃烧过程接触面积广、热容量大和换热效率高等特点,可有效避免传统的固定床催化燃烧反应工艺存在的问题,非常适合应用于低浓度甲烷的催化燃烧过程。利用甲烷催化燃烧强放热的特点,将催化燃烧产生的热量进行时间或空间的耦合,可以开发出吸-放热耦合反应工艺。其中,固定床催化反应器中的流向变换强制周期操作作为一种高效的过程强化技术,在节约反应器成本的同时,可以提高反应热量的利用率。     

国外催化燃烧含氯挥发性有机物催化剂研究进展

对催化燃烧含氯挥发性有机物(CVOC)催化剂的研究进展进行了综述,介绍了贵金属、金属氧化物和分子筛等几种类型的催化剂,讨论了原料气中H2O和非卤代烃对催化剂反应活性的影响.对各种类型催化剂的活性和特点进行了评述并提出今后发展的方向.     

金属基体整体式催化剂的制备及在VOCs催化燃烧中的应用研究进展

催化燃烧是对挥发性有机物(VOCs)高效率、低污染的处理技术.以金属为基体制备的整体式催化剂因压降低、催化效率高,机械强度和热稳定好等优点是催化燃烧VOCs的研究热点.本文从金属基体结构选择、表面预处理、涂层制备和催化燃烧VOCs几个方面,对近年来金属基体整体式催化剂的研究进行了述评.由此指出,制备高性能的过渡涂层以及...     

乙炔氢氯化反应非贵金属无汞催化剂的研究进展

由于具有较好的催化活性和环境友好性,用于乙炔氢氯化反应的无汞催化剂日益受到人们的重视。本文概述了近年来国内外乙炔氢氯化反应无汞催化剂的研究进展,综述了改善非贵金属催化剂性质的主要方法,探讨了催化剂的活性组分、载体及制备过程对催化活性的影响,简要介绍了气固相催化体系和液相催化体系的催化机理与催化活性之间的关系,分析了高活性、长寿命的乙炔氢氯化反应非贵金属无汞催化剂所应具备的必要条件。研究表明,多种非贵金属的协同催化、载体处理方法的多样化、制备过程的优选组合及离子液体的应用将是今后乙炔氢氯化反应催化剂的发展趋势。     

餐饮油烟中典型VOCs催化氧化研究进展

近年来,餐饮油烟逐渐成为城市大气污染的主要来源之一,油烟中挥发性有机化合物（VOCs）对人体及环境均产生非常大的危害,对其治理刻不容缓。催化燃烧技术因具备去除效率高、无二次污染等优点在有机废气治理方面有着广阔的应用前景。鉴于此,本文首先总结并分析了油烟中典型挥发性有机物的成分,发现油烟中烃类、醛酮类污染物含量较高,其次包括酸酯类、醇类和少量的多环芳烃类污染物。在此基础上,重点综述了催化燃烧技术对净化上述典型挥发性有机污染物的研究进展,并对近年来常用的催化剂包括贵金属催化剂、非贵金属催化剂及特定结构的催化剂进行了归纳和整理。最后结合油烟VOCs成分及其特点,总结了不同种类型的催化剂在油烟治理中的适用性,并对催化燃烧技术在油烟治理方面的研究前景作出了展望。     

CO为还原剂的脱硝催化剂研究进展

从活性组分、助剂和载体方面综述贵金属催化剂(Ir、Pd、Rh、Ru、Ag)及非贵金属催化剂的研究进展。比较不同催化剂脱硝活性,表明贵金属催化剂及部分非贵金属催化剂均具有一定的脱硝活性。对于贵金属催化剂,中低温活性较高,但热稳定性差,易烧结,且不经济。对于非贵金属催化剂,高温活性较高,稳定性较强。助剂的引入及载体性质对催化剂脱硝活性均有不同程度的影响。     

挥发性有机化合物催化消除前沿技术及研究进展

挥发性有机化合物（VOCs）是可吸入有害物质形成的重要前体,是大气污染物的重要组成部分。催化氧化法作为末端技术是目前处理VOCs最有效的途径之一。本文讨论了VOCs的热催化氧化、光催化氧化和光热协同催化氧化的研究进展,重点研究常用VOCs的催化氧化机理以及相关催化剂的构筑。其中,热催化燃烧主要以贵金属（Pt、Pd、Au、Ag等）、过渡金属（Mn、Co、Cr等氧化物）及复合型催化剂研究展开;光催化氧化以TiO₂和C₃N₄为典型催化剂进行讨论;光热协同催化研究主要包括碳基催化剂、贵金属负载型以及过渡金属负载型催化剂的开发与应用。此外,本文对基于催化剂的热催化、光催化和光热催化去除VOCs的开发和研究提出了进一步的展望。     

碳包裹非贵金属催化剂的制备及其在催化加氢中的应用

实现非贵金属催化剂在加氢反应中的广泛应用对工业催化领域具有重要意义,新型碳包裹非贵金属催化剂因其优异的结构稳定性和催化加氢性能而备受关注。本文综述了近年来碳包裹非贵金属催化剂及其制备方法的研究进展,归纳总结了不同制备方法对碳包裹结构的影响以及其优缺点,并介绍了碳包裹非贵金属催化剂在硝基类芳烃、羰基类芳烃、苯酚、喹啉加氢以及费托合成等加氢反应中的催化性能以及稳定性表现。文中提出：目前该催化剂亟需解决的问题是实现金属粒子尺寸以及碳壳结构的可控调变,今后的一个研究方向是进一步探索能够简便调节催化剂结构并且经济可行的制备方法。     

挥发性有机物催化燃烧消除的研究进展

介绍了近年来挥发性有机物(VOCs)的催化燃烧消除,特别是芳烃类、醇类、醛类、卤代烃类催化燃烧消除的研究进展,评述了用于各类VOCs催化燃烧消除催化剂的性能特点,对比、分析了不同催化反应条件下催化剂的性能差异,并对VOCs催化燃烧消除的研究发展方向进行了展望,以期对该领域的研究有所参考。     

贵金属催化燃烧催化剂的研究

VOCs大多具有毒性,并伴有刺激性的恶臭,直接排放会威胁人类健康,并对环境造成严重污染。目前,催化燃烧技术是工艺较为成熟,同时也是应用较为广泛的VOCs的净化方法。实际过程使用的催化燃烧催化剂多为具有规整结构的蜂窝状催化剂,活性组分通常为Pt、Pd、Ru等贵金属。从整体式催化剂的角度出发,制备了Al_2O_3和TiO_2两种涂层的整体式催化剂用于催化燃烧消除苯的实验,未添加铈锆粉时的活性顺序:Pt/Al_2O_3/堇青石Pt/TiO_2/堇青石;添加铈锆粉后的活性顺序:Pt/CZ-Al_2O_3/堇青石Pt/CZ-TiO_2/堇青石,同时铈锆粉的添加还可以提高催化剂的热稳定性。     

CO低温氧化催化剂研究进展

CO催化氧化涉及工业、环保、军事和人类生活的多个方面,一直是催化领域的热点之一.贵金属催化剂有活性高,稳定性好,寿命长等优点,但价格昂贵,研究开发价格低廉,活性较好的非贵金属催化剂也越来越受到了人们的重视.本文将CO氧化催化剂分为贵金属和非贵金属两类进行了综述.     

多孔复合金属氧化物的制备及其在消除挥发性有机物中的应用

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是一类大气环境污染物,危害人身健康,必须严格控制其排放。在消除VOCs的方法中,催化氧化被认为是最有效的方法之一,其消除效果取决于催化剂的性能。简要综述近年来多孔复合金属氧化物(包括钙钛矿型氧化物、类钙钛矿型氧化物、尖晶石型氧化物和六铝酸盐)及其负载过渡金属氧化物和贵金属(合金)催化剂的制备及其氧化消除VOCs的催化性能。比表面积、孔结构、粒子分散度、粒径、吸附氧物种浓度、低温还原性、反应物活化能力或过渡金属氧化物或贵金属(合金)与载体之间的相互作用等是影响催化剂活性的主要因素。此外,就此类研究工作的未来发展趋势还进行了展望。     

Room temperature oxidation of acetone by ozone over alumina-supported manganese and cobalt mixed oxides

Volatile organic compounds (VOCs) are among the major sources of air pollution. Catalytic ozonation is an efficient process for removing VOCs at lower reaction temperature compared to catalytic oxidation. In this study, a series of alumina supported single and mixed manganese and cobalt oxides catalysts were used for ozonation of acetone at room temperature. The influence of augmenting the single Mn and Co catalysts were investigated on the performance and structure of the catalyst. The manganese and cobalt single and mixed oxides catalysts of the formula Mn10%-CoX and Co10%-MnX (where X= 0, 2.5%, 5%, or 10%) were prepared. It was found that addition of Mn and Co at lower loading levels (2.5% or 5%) to single metal oxide catalysts enhanced the catalytic activity. The mixed oxides catalysts of (Mn10%-Co2.5%) and (Mn10%-Co5%) led to acetone conversion of about 84%. It is concluded that lower oxidation state of the secondary metal improves ozone decomposition and oxidation of acetone.     

非贵金属催化剂催化氧化甲醛的研究进展

室内装修装饰材料释放出的甲醛是一级致癌物质,严重危害人类的身体健康。催化氧化法在较为温和的条件下可以将甲醛转化为无毒的CO₂和H₂O,是一种非常有效的消除甲醛技术。其中该技术采用的非贵金属催化剂因资源丰富,价格低廉,目前研究的最为广泛。本文综述了近年来非贵金属催化剂的研究进展,主要介绍了单一金属氧化物和复合金属氧化物的研发情况;对这些催化剂的合成、结构及甲醛催化氧化性能进行了分析,并总结了一部分甲醛催化氧化的反应机理。另外还对非贵金属催化剂未来的研究发展方向进行了展望：通过各种制备方法调控金属氧化物的结构、形貌、比表面积,进而暴露大面积活性面和丰富优化活性位来提高催化性能;同时借助一些先进的表征技术和理论计算方法探索非贵金属催化剂结构和催化性能之间的关系,深入探讨甲醛催化氧化反应机理等基础问题。     

Catalytic Combustion of Volatile Organic Compounds on Supported Precious Metal Catalysts

Catalytic combustion of volatile organic compounds (VOCs) was investigated on supported precious metal catalysts. The activities for the combustion of methane and acetaldehyde were closely related to the reducibility of the precious metal oxides of the catalysts. On the other hand, light-off temperatures for toluene combustion on PdO/Al₂O₃, PdO/SnO₂, and PdO/CeO₂ were around 200 °C, although PdO/ZrO₂ showed a higher temperature of 240 °C. This result indicated that light-off temperatures depend on not only the catalytic activities but also the catalyst structure because of low concentration of toluene and weak interaction between catalysts and toluene. In this experiment, the PdO/SnO₂ catalyst showed highest activity for the combustion of methane and VOCs.     

硝基苯液相催化加氢制苯胺催化剂研究进展

介绍了硝基苯液相催化加氢制苯胺的工艺过程,同时对该工艺所用催化剂体系(非贵金属类催化剂和贵金属类催化剂)进行了详述。非贵金属催化剂不仅存在对苯胺选择性差还存在对环境污染的问题;贵金属催化剂活性高,但成本也较高。开发催化活性高、稳定性好、寿命长、损耗低且环境友好型催化剂是硝基苯液相加氢催化剂发展的主研方向。