去除VOCs方法的研究进展

刘坤

（安庆师范大学资源环境化学化工学院，安徽 安庆246000）

目前，全世界范围内的环境问题主要表现为水体污染、酸雨蔓延、森林锐减、危险性废物越境转移、温室效应、生物多样性的减少、土地沙漠化、臭氧层的损耗和破坏以及由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物组成的雾霾等问题。近几年来，我国雾霾问题突出，京津冀地区尤其严重，而挥发性有机污染物就是雾霾中很重要的成份。因此，如何去除挥发性有机污染物是学者们正在研究的问题。

1 光催化降解

1.1 去除方法

目前，国内去除VOCs的研究有光催化降解、催化燃烧等方法。

光催化降解由于反应条件温和，适宜于降解有机挥发性物质（VOCs）。为了提高可见光的利用率和自然光照下对VOCs的光催化降解速率，王敏等[1]采用阳极氧化法+电沉积法制备了掺杂Cu2O的复合钛纳米管阵列（TNAs），研究表明，Cu2O和O2对 TNAs光催化降解VOCs有协同作用。

Yamazaki-Nishida等[2]通过溶胶-凝胶技术将TiO2固定在玻璃小球上，紫外光照射8 min后即达到稳定状态，三氯乙烯转化率可达99.3%。虽然光催化降解是很有效的方法，但是由于光催化降解过程中存在未完全氧化产物,它们的毒性很大，而且催化剂易失活，所以有必要考虑到产物问题以及提高光催化剂的活性。胡春等[3]采用了光催化沉积的方法,将贵金属铂、金和钯负载在TiO2/Silical gel（TSO）表面,研究了光催化沉积过程中对乙烯的去除,没有副产物形成。

刘霄龙等[4]利用浸渍法合成V2O5/TiO2催化剂，用于去除VOCs中具有毒性大、难降解特点的氯代挥发性有机物（CVOCs）。刘楠等[5]利用光催化-吸收法研发出光催化－喷淋吸收耦合净化装置，并用此装置进行性能研究发现，此装置对于甲苯、乙酸乙酯的降解效率分别达到52.82%、63.99%。采取催化氧化方法时需要热量，而传统的电加热存在热量不能及时散发、升温和降温过程缓慢等缺点，从而降低了催化剂活性和VOCs的去除效率。所以张浩[6]采用了微波加热的方法，微波加热具有启动快、加热均匀等优点，但微波加热具有选择性，能够引起微波电磁损耗的材料才会被加热，所以对于催化剂的选择很重要。

1.2 催化燃烧

陈彦广等[7]发现钙钛矿具有消耗量低、结构稳定、催化活性较高等特点，所以在催化VOCs领域得到了大量的关注。钙钛矿氧化物可作为具有高效催化活性的功能性催化材料用于VOCs的催化燃烧。Fires等[8]提出了吸附-流向变换催化燃烧藕合技术，用于处理超低浓度的VOCs废气（小于100 mg/m3），通过吸附剂将VOCs浓缩、富集、脱附后再进行催化燃烧，但催化燃烧处理技术的核心是高性能催化剂的开发。随着去除VOCs研究的不断深入，研究者纷纷把目标放在了分子筛作为催化剂的研究上。结合沸石转轮与蓄热式燃烧（RTO）或催化燃烧(RCO）的VOCs处理技术已日益被人们关注。分子筛是沸石转轮技术的核心材料，不同类型的分子筛因具有不同的结构特性，应用领域也有较大差异。Taralunga M等[9]制备了以酸性分子筛HFAU为载体的Pt催化剂，并以氯苯为实验气体考查其催化性能，结果表明，分子筛催化剂催化燃烧性能优于传统的氧化物载体Pt/Al2O3和Pt/SiO2，而且采用Pt/HFAU所产生的PtCl2中间产物最少，催化性能最高。分子筛具有较强的酸性，提高了催化剂的催化活性，而且分子筛载体本身具有较强的选择性，能把副产物吸附在载体上，从而减少副产物的生成。而高硅分子筛因其具有疏水性好、稳定性高的特点，引起了研究者们的注意，认为它是吸附VOCs的理想吸附剂。吕双春等[10]利用高硅分子筛的合成，探究硅铝比对催化剂性能的影响。Li和Armor等[11]采用离子交换法制备了Pd/HZSM-5、Pd/MOR、Pd/Al2O3催化剂并考查其对甲烷的催化活性，结果显示，负载型Pd/分子筛催化剂具有更高的催化活性，所以目前国内外针对分子筛去除VOCs的研究主要集中在ZSM-5[12-15]。李翠红[16]对其表面进行改性，研究了对甲醛吸附性能的影响，结果表明，对VOCs分子进行吸附时，要考虑孔径的影响。薛晓敏[17]选择HZSM-5分子筛为载体,比较系统地研究了硅铝比对HZSM-5及其负载CeO2催化剂催化氧化性能的影响，并且利用过渡金属Cr、Fe等对其进行改性，研究其对VOCs中的氯代烃类的催化降解效果。王棂[18]同样选择ZSM-5分子筛作为催化剂，分别用浸渍法将单金属Co、Mn以及双金属Co和Mn对分子筛进行改性，用催化燃烧法对VOCs中的异丙醇进行处理。肖丽[19]选择钙钛矿催化剂为活性组分，分子筛类多孔材料为载体，采用等体积浸渍法制备负载型催化剂，研究分子筛负载型Pd/La0.8Ce0.2MnO3催化剂对催化燃烧VOCs性能的影响，结果表明，ZSM-5、MCM-41等分子筛载体可以作为钙钛矿型活性组分的良好载体，催化剂具有完整的钙钛矿结构，适量的Pd掺杂显著提高了催化剂的催化性能。Hicham Zaitan等[20]在研究催化剂ZSM-5对于VOCs的处理效果中加入了臭氧，保持了ZSM-5的活性，其中臭氧起到氧化再生吸附还原的作用。Abdul Aziz等[21]在催化剂的持久性研究中，在催化剂制备时，采用紫外预处理，运用四步循环（吸附-氧化-再生-吸附循环），结果使得催化剂有很高的持久性。所以在研究催化剂的性能时，不仅考虑金属改性，还可以考虑加入一些物质对催化剂或者催化过程进行影响，对催化剂性能提高也会有帮助。

2 结论

目前，去除挥发性有机污染物（VOCs）主要方法是光催化降解和催化燃烧，催化剂的性能影响很大。除了贵金属催化剂和金属氧化剂催化剂外，最主要的就是分子筛催化剂，改性分子筛催化剂，使之具有更大的催化性能、更宽的温度窗口、低温活性以及高选择性等特点，为进一步研究提供方向。