臭氧催化氧化VOCs和CO研究进展_吕丽

环境工程2011年第29卷增刊臭氧催化氧化VOCs和CO研究进展吕丽王东辉史喜成宋华(防化研究院,北京100191)摘要:臭氧催化氧化是处理污染物的有效方法,而国内对此技术的研究集中于水中污染物的处理,介绍了国内外臭氧催化氧化VOCs和CO的研究进展,主要包括催化剂研究和催化机理两方面。关键词:臭氧;催化氧化;VOCs;CO;催化剂RESEARCHPROCESSONCATALYTICOXDIDATIONOFVOCsANDCOWITHOZONELǜLiWangDonghuiShiXichengSongHua(ResearchInstituteofChemicalDefense,Beijing100191,China)Abstract:Ozonecatalyticoxidationisaneffectivemethodtodealwithcontaminants.Atpresent,thedomesticstudyfocusesonthedecontaminationoforganiccompoundsinwater.ThepaperreviewstheresearchprogressonthecatalyticoxidationofVOCsandCOwithozoneontheaspectsofcatalystandcatalyticmechanism.Keywords:ozone;catalyticoxidation;VOCs;CO;catalyst0引言臭氧(O3)具有很强的氧化性,其氧化性仅次于F、原子O、OH基和其他少数物种。在理想反应条件下,O3可以分解产生具有高反应活性的活泼粒子,破坏有机物中的分子键,从而达到降解污染物的效果。由于O3在氧化反应过程中仅分解成O2,而不产生自衍生副产物,是一种环境友好氧化材料,已被广泛应用于工业和环境治理领域,如半导体生产、除臭、消毒和水处理。但是单一的臭氧氧化需要较高的臭氧浓度,且存在效率低、对难降解有机物作用不明显、残余臭氧二次污染、应用成本较高等问题[1-2],因此,研究人员开发了臭氧催化氧化技术。目前,该技术的研究多集中于对水中有机污染物的氧化去除,而对气体污染物的净化研究较少,特别是国内鲜见报道。本文就近年来臭氧催化氧化气体污染物(VOCs和CO)的研究进展进行简要介绍,主要包括催化剂和催化氧化机理研究两方面。1臭氧催化氧化催化剂1.1金属氧化物催化剂此类催化剂主要是负载和非负载的过渡金属氧化物,如Mn、Fe、Co、Ni、V、Cu和Ag的氧化物,载体包括Al2O3、SiO2、TiO2以及发泡金属等,研究多以苯和CO为净化对象。北京航空航天大学王美艳、朱天乐等[3]采用固定床连续流动反应器,研究了室温下在MnOx/Al2O3上用臭氧催化氧化苯系物的性能。Mn的最佳负载量为5%,苯系物转化率随O3浓度升高先升高然后基本不变,当O3和苯系物浓度分别为32.7×10-6、3.1×10-6时,苯、甲苯、对二甲苯和O3的转化率分别为75%、84%、88%、90%。由于苯系物催化氧化反应中生成的芳香醛、芳香酸和甲醛等中间产物在催化剂表面的堆积使得催化剂活性随时间延长而缓慢降低,与H.Einaga等人[4]的研究结果一致。上海交通大学杨俊鹏、史文昌等人[5]采用浸渍法制备了不同负载量的MnO2/ZSM-5催化剂,用BET分析、X射线衍射、红外光谱分析等手段对其进行了分析,并考察了在催化剂上臭氧协同催化去除甲醛的性能。结果显示:相对于单一的MnO2和ZSM-5,MnO2/ZSM-5复合催化剂具有更高的催化活性,其中10%MnO2/ZSM-5性能最佳,一次性去除效率可达到47%左右。同时,臭氧耦合催化作用还使催化剂表面再生速度加快,大大提高了催化剂的稳定性,连续工作120h去除效率基本不变。H.Einaga等人[4]分别制备了MnOx/SiO2、MnOx/Al2O3、MnOx/TiO2、MnOx/ZrO3催化剂,采用XRD、EXAFS、FTIR等分析方法研究了其催化降解162DOI:10.13205/j.hjgc.2011.s1.070环境工程2011年第29卷增刊苯的性能,考察了载体、温度、水和O3浓度对苯降解率、O3分解速率、COx选择性的影响。研究表明,苯的氧化速率随催化剂表面积增加而线性增长;对于MnOx/SiO2而言,295～373K范围内,苯的转化率和炭平衡随O3浓度的提高而提高,苯的氧化速率与COx选择性随温度的提高而提高,373K时苯完全转化;313～353K时,原料气体中水蒸气的存在有助于催化剂表面中间产物的分解,从而抑制了催化剂活性降低,获得了较高的苯转化率;O3的消耗量与苯的消除量之比为10∶1(T=373K)。常温条件下,苯转化率随时间延长而降低,主要是由于催化剂表面形