隨著工業(yè)快速發(fā)展，揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)排放問(wèn)題日益嚴(yán)峻，其作為臭氧和細(xì)顆粒物(PM2.5)的重要前體物，對(duì)環(huán)境和人體健康構(gòu)成重大威脅。當(dāng)前，VOCs廢氣處理技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)，催化氧化工藝因其高效、低能耗的特點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)，而新型催化氧化工藝的研發(fā)正推動(dòng)該領(lǐng)域向綠色、低碳方向邁進(jìn)。
技術(shù)現(xiàn)狀
目前，VOCs廢氣處理技術(shù)主要包括吸附、吸收、冷凝、膜分離、生物降解及催化氧化等。其中，催化氧化技術(shù)通過(guò)催化劑降低反應(yīng)活化能，使VOCs在較低溫度下氧化分解為無(wú)害的CO?和H?O，具有處理效率高、二次污染少等優(yōu)勢(shì)。工業(yè)應(yīng)用中，貴金屬催化劑(如鉑、鈀)因活性高被廣泛使用，但成本高昂且易中毒；非貴金屬催化劑(如錳、銅氧化物)成本低，但活性與穩(wěn)定性需提升。此外，光催化氧化技術(shù)利用光催化劑(如TiO?)在紫外光下產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基分解VOCs，近年通過(guò)摻雜改性、可見(jiàn)光響應(yīng)拓展等技術(shù)取得顯著進(jìn)展，但仍面臨光能利用率低、催化劑失活等挑戰(zhàn)。
新型催化氧化工藝研究進(jìn)展
催化劑創(chuàng)新
限域型催化劑：通過(guò)構(gòu)建納米級(jí)限域空間，提高催化劑表面活性氧利用率。例如，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研發(fā)的Ni(2.8)-NCNT/CB催化劑，在8分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)間甲酚近100%去除，去污效率顯著提升。
梯度氧化雙位點(diǎn)催化劑：上海大學(xué)張登松團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成Cu-O-Ti/Cu-O-Cu梯度氧化位點(diǎn)催化劑，在低溫下同時(shí)活化O?與污染物分子，實(shí)現(xiàn)NH?及VOCs(如丙烷、氯苯)的高效催化氧化，性能媲美貴金屬催化劑。
光熱協(xié)同催化劑：結(jié)合光催化與熱催化特性，利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。例如，Pt-rGO-TiO?復(fù)合催化劑在紅外光照射下，通過(guò)光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)甲苯高效轉(zhuǎn)化，光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.6%，甲苯礦化率達(dá)96%。
工藝優(yōu)化與聯(lián)合應(yīng)用
催化濕式氧化法(CWAO)：通過(guò)催化劑微納結(jié)構(gòu)調(diào)控，提高處理高濃度有機(jī)廢水效率，實(shí)現(xiàn)危廢鐵泥產(chǎn)量降低95%以上，運(yùn)行費(fèi)用降低45%。
光催化-臭氧協(xié)同技術(shù)：利用光催化產(chǎn)生的羥基自由基與臭氧協(xié)同氧化VOCs，減少二次污染，提升降解效率。
未來(lái)展望
隨著材料科學(xué)、納米技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展，新型催化氧化工藝將向高效、穩(wěn)定、低成本方向演進(jìn)。例如，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化催化劑設(shè)計(jì)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能調(diào)控，將進(jìn)一步提升VOCs治理效能。同時(shí)，光熱催化、電催化等新興技術(shù)的融合應(yīng)用，有望為VOCs廢氣處理提供更全面的解決方案，助力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。
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