1 引言 挥发性有机物（Volatile Organic Compounds, VOC(2)
2013-08-26 01:00
导读：以及“量子尺寸”效应而体现出独特的催化活性[12]。然而，Padilla-Serrano 等人发现与完全分散的Pt 相比，微晶Pt 更具有活化吸附O2 的能力，活性更强[9,13]。
以及“量子尺寸”效应而体现出独特的催化活性[12]。然而，Padilla-Serrano 等人发现与完全分散的Pt 相比，微晶Pt 更具有活化吸附O2 的能力，活性更强[9,13]。李鹏等人在CuMn/TiO2催化甲苯氧化研究中也发现类似的现象，他们认为过于细小的CuOx、MnOx 粒子与TiO2 载体存在强烈的交互作用，致使催化剂活性降低[14]。活性组分能自发单层分散于载体表面，并且单层分散有一定的分散容量，称为分散阈值。但一种活性组分在载体上的负载量低于其分散容量时，可全部实现单层分散，活性随负载量增加而增大；当负载量过大时，单层分散后还有剩余晶相，催化剂的活性不随着负载量继续增加而提高，甚至有所下降[14]。李鹏等人发现，Cu、Mn 负载量从5%增加到15%时，催化剂的催化活性变化不大；当负载量从15%增加到20%时，相对于5%-15%负载量的催化剂活性存在明显的跳跃式提高；而当负载量增加到35%时，催化甲苯的活性出现下降[14]。
VOCs 催化燃烧使用的催化剂通常是负载于载体上，尤其是以贵金属作为活性组分。常用的载体主要有金属丝网、蜂窝陶瓷、沸石及金属氧化物(如γ-Al2O3、SiO2、TiO2、CeO2、ZrO2)，它们具有多孔结构，比表面积大[3,9-10]。载体不仅仅起到支持活性组分的作用，还提高了贵金属的利用率，使活性组分处于高度分散状态，提高了催化剂的活性、热稳定性及抗中毒能力[15-17]。一些载体如沸石、TiO2、ZrO2 具有一定的酸性，这对于氯代有机物的催化燃烧有着重要促进作用[10,18-19]。Gutierrez-Orti 等人认为CVOCs 催化燃烧过程首先是CVOCs吸附于催化剂的酸性位上，而后与氧进行反应[10]。载体的疏水性能与孔径的大小对催化剂活性也有着重要的影响。相对于金属氧化物载体，疏水性载体更能吸附VOCs 分子，具有更好的低温活性与抗失活性能[14,20]。合适大小的孔径使贵金属在浸渍时很容易进入载体内部形成高度分散体系，有利于反应物的扩散。孔径过大，载体比表面积减少；孔径过小，不利于贵金属在载体内分散和反应物的扩散。
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掺入其他金属或金属氧化物对VOCs 催化燃烧有十分重要的影响，这些金属或金属氧化物主要集中于碱金属、碱土金属氧化物和过渡金属氧化物。Min Chen 在掺入K、Al 对NiCo2O4催化VOCs 氧化的影响研究中发现，掺入K 改善了NiCo2O4 的还原性能，增大了表面积，对NiCo2O4 活性起到促进作用；而掺入Al 后，NiCo2O4 活性下降[21]。掺入适量的碱土金属氧化物(如氧化镁、氧化钙)和过渡金属氧化物(如CeO2、ZrO2、La2O3)可以对催化剂进行结构或电子调变，促进催化剂晶格的畸变，增大活性氧的流动性，提高催化活性和热稳定性[7,15,19]。Carlos R. Apesteguía 等人发现，掺入适量的V2O5 可以提高Pd/TiO2 和Pd/γ-Al2O3 对苯的催化活性。他们认为这是由于同时存在具有氧化还原特性的V 活性位及PdO 活性相[17]。
3.2 VOCs 成分及浓度
VOCs 成分是其催化燃烧速率与效果的关键因素，它决定着合适催化剂的选择和燃烧温度等参数。烃类燃烧活性遵循如下规律[22]：炔烃＞烯烃＞烷烃；脂肪族＞脂环族＞芳香族；Cn>…>C3>C2>C1；支链烃＞直链烃。芳烃系列中甲苯、乙苯和二甲苯研究较活跃，活性规律如下[22-23]：1）单侧链型：甲苯<乙苯<异丙苯；2）不同数量侧链：苯>甲苯>二甲苯；3）二甲苯系列：间二甲苯<对二甲苯≈邻二甲苯。烃类及衍生物活性规律为[23-24]：醇>醚>醛>酮>乙酸盐>烷烃>氯代烃。对氯代烃催化燃烧的研究主要集中于C1-C2 氯代物和氯苯[24-25]。H.windawi 研究发现乙烷氯代物燃烧活性高于甲烷氯代物，但都容易被Pt 催化氧化，且氯取代数增加对这两类氯代烃燃烧活性都没有明显的影响；而不饱和的氯代烃燃烧活性很低，并且PCE 燃烧活性小于TCE[24]。
多组分VOCs 催化燃烧过程中，各组分存在相互作用。这中混合效应十分复杂，对其研究还不透彻。一般认为是各组分之间相互竞争吸附位所致[23-24,26]。大致规律是：性质与结构类似的分子相互影响小，极性分子与非极性分子存在明显的影响；在低温下复合效应通常表现出明显的抑制作用，在较高的温度下，抑制作用不明显，复合效应甚至表现为相互促进作用[9,17,23]。此外，共存的碳氢化合物如己烷、苯可以作为供氢体，提高CVOCs 燃烧产物HCl的选择性，抑制有害产物Cl2的生成[17,26]。
