非貴金屬催化劑的研究與應用

非貴金屬催化劑的研究與應用

現有的催化劑仍以貴金屬催化劑為主，絕大多數為國外進口，價格高昂且資源稀缺，開發低成本、率的催化燃燒催化劑(貴金屬減量化、復合氧化物、非貴金屬催化劑)成為焦點之一。

PCDD/Fs等有機污染物具有相似的物理化學性質，如在環境中呈現持久性、生物富集性和放大性。這類有機污染物可以在熱相關工業過程中（煉焦、電弧爐煉鋼、鐵礦石燒結、廢棄物焚燒、有色金屬生產）非故意生成與排放。

NOx會導致酸雨、臭氧層破壞和氣候變化，而且還生成大量含氮有機顆粒物（上世紀美國南加州光化學煙霧的主要成分之一）。

VOCs是形成霧霾天氣的二次有機氣溶膠的重要前體物之一，在光照條件下與NOx發生光化學反應生成O3及其他光化學氧化物。景德鎮市林林環保科技有限公司

而在垃圾焚燒行業中，NOx與二噁英的排放水平同樣不容忽視。調研結果顯示，測定均值1.0ngTEQ/m3的達標率為78%。測定均值為0.1ngTEQ/m3的達標率為43%。

近年來，生態環境建設上升至戰略高度，各項環保標準日益嚴格，PM2.5與氮氧化物的污染水平逐漸降低，但VOCs和O3在污染源中所占的比重卻穩步上升，甚至可以說有增無減。

業內人士指出，在我國PM2.5防控初見成效，能源結構、產業結構不斷改善的情況下，VOCs和O3的問題今后會越來越凸顯。

據中國科學院生態環境研究中心研究員蘇貴金介紹，當前我國大氣污染物的處置主流方法分為回收法與消除法。

回收法的手段主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法和膜分離技術；消除法則主要有熱氧化、催化燃燒、光催化、生物氧化等。其中，催化燃燒是適用范圍較為廣泛的治理技術。

催化燃燒可以使燃料在較低的溫度下實現完全燃燒，對改善燃燒過程、降低反應溫度、促進完全燃燒、抑制有毒有害物質的形成等方面具有為重要的作用，是一個環境友好的過程，其應用領域不斷擴展，已廣泛地應用在工業生產與日常生活的諸多方面。

作為催化燃燒的核心材料，催化劑研究與開發的重要性越發凸顯。現有的催化劑仍以貴金屬催化劑為主，絕大多數為國外進口，價格高昂且資源稀缺，開發低成本、率的催化燃燒催化劑（貴金屬減量化、復合氧化物、非貴金屬催化劑）成為焦點之一。景德鎮市林林環保科技有限公司

眾所周知，非貴金屬催化劑低溫催化活性較低，表現在比表面積通常較低與活性元素選取及配比不合適。對此，蘇貴金研究員指出，可以合適選取元素種類，各元素之間配比優化，進而構造層狀結構，提高活性氧含量，終提高比表面積以及催化性能。

中國科學院生態環境研究中心深入開展了微納米催化劑在POPs控制方面的研究。據介紹，成型催化劑的工程要求看成“苛刻”，既要催化性能高、耐熱溫度高、價格便宜，還要求使用壽命長、催化劑抗中毒性能好。

根據工程要求，提升方向也就相對明晰了，大致包括：提高催化活性，抗燒結技術，貴金屬減量化技術，涂層耐久技術，抗中等。提升的途徑主要有兩個，分別是催化劑配方與成型工藝。

以脫二噁英催化劑為例，其成型流程為“活性組分配置→原料混合→原料陳腐→基礎成型 →一次干燥→二次干燥→煅燒→切割→組裝→性能測試”。

在相應的產品開發方面，泥料性質（含水率、PH值，顆粒度，黏性、流動性、塑性等）是決定催化劑是否順利擠出成型的關鍵因素，經過多次調整實驗，終實現催化劑的順利擠出成型。

再從VOCs催化劑來說，中國科學院生態環境研究中心從載體調控技術、活性組分形貌及高分散、成型機調控技術及配方4個方面重點攻關，推出非貴金屬催化劑。

該VOCs催化劑以堇青石陶瓷蜂窩體為載體，負載稀土復合氧化物、過渡金屬氧化物等活性組分，活性組分的分散度高，表面均勻。

后，無論是從能源利用角度還是從環境保護角度考慮，催化燃燒技術進步都會對社會發展產生重大影響。

對催化燃燒技術的研究不應只停留在理論及實驗室水平上，更具有現實意義的是應該讓催化劑成為一種產業走進我們的生活。核心催化劑的研究，必將推動催化燃燒技術的進一步發展。