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催化劑在有機廢氣治理領(lǐng)域的作用

在有機廢氣治理領(lǐng)域，常用的處理方法中催化燃燒法或者蓄熱式催化氧化法會使用催化劑作為媒介，降低有機廢氣燃燒溫度，達到降能減耗的作用。本文主要介紹常用的催化劑特性與主要性能。

廢氣凈化催化劑以蜂窩狀陶瓷材料為載體，采用的涂層材料，以貴金屬為活性組分制得，具有高的催化活性、良好的熱穩(wěn)定性、長的使用壽命、小的氣流阻力、高強度等特點。該產(chǎn)品能廣泛應(yīng)用于化工、油漆、漆包線、金屬印刷、彩印皮革、制藥和城市污水站下水道等產(chǎn)生的有機廢氣凈化和脫臭處理。

主要性能指標：

（1）活性：是衡量催化劑效能大小的標準。工業(yè)上通常以單位體積(或重量)催化劑在一定條件下，單位時間內(nèi)所得到的產(chǎn)品數(shù)量來表示。

（2）選擇性：是指催化劑作用的專一性，即在一定條件下，某一催化劑只對某一化學(xué)反應(yīng)起加速作用。選擇性通常以反應(yīng)后所得指望產(chǎn)物的克分子數(shù)與參加反應(yīng)的原料克分子數(shù)之比的百分數(shù)表示。

（3）穩(wěn)定性：是指催化劑在使用過程中保持其活性及選擇性不變的能力，通常以使用壽命來表示。催化劑的良好性能不僅取決于活性金屬的固有特性(原子的電子結(jié)構(gòu)等)，而且取決于其結(jié)晶構(gòu)造、粒子大小、比表面積、孔結(jié)構(gòu)及分散狀態(tài)等因素。此外，助催化劑及載體對催化劑的性能也有重要影響。

催化劑失活指催化劑在使用中會因各種因素而失去活性的現(xiàn)象，貴金屬催化劑的失活原因一般分為中毒、燒結(jié)和熱失活、結(jié)焦和堵塞三大類。

中毒引起的失活

暫時中毒(可逆中毒): 毒物在活性中心上吸附或化合時，生成的鍵強度相對較弱可以采取適當(dāng)?shù)姆椒ǔザ疚?，使催化劑活性恢?fù)而不會影響催化劑的性質(zhì)，這種中毒叫做可逆中毒或暫時中毒。

中毒(不可逆中毒): 毒物與催化劑活性組份相互作用，形成很強的的化學(xué)鍵，難以用一般的方法將毒物除去以使催化劑活性恢復(fù)，這種中毒叫做不可逆中毒或中毒。

選擇性中毒: 催化劑中毒之后可能失去對某一反應(yīng)的催化能力，但對別的反應(yīng)仍有催化活性，這種現(xiàn)象稱為選擇中毒。在連串反應(yīng)中，如果毒物僅使導(dǎo)致后繼反應(yīng)的活性位中毒，則可使反應(yīng)停留在中間階段，獲得高產(chǎn)率的中間產(chǎn)物。

結(jié)焦和堵塞引起的失活

催化劑表面上的含碳沉積物稱為結(jié)焦。以有機物為原料以固體為催化劑的多相催化反應(yīng)過程幾乎都可能發(fā)生結(jié)焦。由于含碳物質(zhì)和/或其它物質(zhì)在催化劑孔中沉積，造成孔徑減小(或孔口縮小)，使反應(yīng)物分子不能擴散進入孔中，這種現(xiàn)象稱為堵塞。通常含碳沉積物可與水蒸氣或氫氣作用經(jīng)氣化除去，所以結(jié)焦失活是個可逆過程。

燒結(jié)和熱失活

催化劑的燒結(jié)和熱失活是指由高溫引起的催化劑結(jié)構(gòu)和性能的變化。高溫除了引起催化劑的燒結(jié)外，還會引起其它變化，主要包括:化學(xué)組成和相組成的變化，半熔，晶粒長大，活性組分被載體包埋，活性組分由于生成揮發(fā)性物質(zhì)或可升華的物質(zhì)而流失等。

在VOCs催化燃燒系統(tǒng)中，反應(yīng)空速通常指體積空速，體現(xiàn)出催化劑的處理能力:反應(yīng)空速是指規(guī)定的條件下，單位時間單位體積催化劑處理的氣體量，單位為m3/(m3催化劑?h)，可簡化為h-1。例如產(chǎn)品標注空速20000h-1：代表每立方催化劑每小時能處20000m3廢氣?？账袤w現(xiàn)出催化劑的VOCs處理能力，因此和催化劑的性能息息相關(guān)。

貴金屬催化劑的性能與貴金屬的含量、顆粒大小和分散度相關(guān)。理想狀態(tài)下，貴金屬高度分散，此時的貴金屬以極小的顆粒（幾個納米）存在于載體上，貴金屬得到的利用，此時催化劑的處理能力與貴金屬含量成正相關(guān)。然而當(dāng)貴金屬含量高到一定程度后，金屬顆粒容易聚集長大成為較大的顆粒，貴金屬與VOCs的接觸面反倒下降，大部分貴金屬被包在內(nèi)部，此時增加貴金屬含量反而不利于催化劑活性的提高。