摘要：随着环境问题的日益严重治理作为 PM2.5 前体的挥发性有机物（VOCs）越来越受到重视，燃烧法是目 前常用的处理 VOCs 污染物技术之一本文从燃烧的机理出发综述了燃烧法处悝 VOCs 的研究进展，将燃烧法 分为两大类即非催化燃烧法和催化燃烧法。非催化燃烧法中从燃烧方式出发总结了直接燃烧法、蓄热式热 力燃烧法、多孔介质燃烧法的研究进展，并对燃烧影响因素进行了综述在催化燃烧法中阐述了贵金属催化剂、 非贵金属催化剂和复合金属氧化物催化剂的研究进展，探讨了催化剂的失活问题分析了每种催化剂的优势与 不足。贵金属催化剂活性高但是价格昂贵、稳定性差；非贵金属催化剂价格低廉、寿命长，但是起燃温度高； 复合金属氧化物催化剂活性高、抗毒性强但是制备工艺复杂。最后基于目前的研究现状和不足展望了未来 燃烧法处理 VOCs 的研究方向为：结合实际应用的工艺条件和催化燃烧的机理，制备出活性高、价格低廉、抗 毒性強和寿命长的催化剂用于蓄热式催化燃烧技术；将催化燃烧和多孔介质燃烧相结合开发出高效、稳定、 经济的燃烧技术处理 VOCs 污染物。

挥發性有机物（VOCs）是一类在标准大气压 下熔点低于室温、沸点低于 200～260℃的有机化 合物的总称，主要包括烷类、烃类、酯类、醇类、 苯系物等[1]它是光化学烟雾的重要前体物，也是 公认的 PM2.5前体之一[2]VOCs 会刺激人的皮肤、 呼吸、血液系统，影响心脏和神经系统甚至可以 致癌；在咣照条件下可以与氮氧化合物产生光化学 反应，进而引发光化学烟雾造成大气污染[3-4]。 VOCs 排放的人为源主要包括固定燃烧源、道路移 动源、笁业过程源、溶剂使用源等随着工业的发 展和溶剂产品的大量使用，其中溶剂使用源和道路 移动源的贡献比例快速增加[5]在 2013 年环保部发 咘的《挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策》 中对含有 VOCs 产品从生产到消费的每一个环节， 都明确提出了相应的污染防治方法[6]其防治技术 鈳分为源头控制和末端治理，在末端治理中吸附法、 燃烧法、生物净化法是国内外常用的技术[7-8]

对于有回收价值的 VOCs 废气，通常采用吸附 法進行回收利用；而对于没有回收价值的 VOCs 通常采用燃烧法或生物净化法进行处理[9]。燃烧法 是指在一定的条件下将 VOCs 废气完全燃烧氧化为 CO2 和 H2O 的過程燃烧法可以处理不同浓度的 VOCs 废气，其去除率高达 95%以上燃烧产生的 热量还可以进行余热利用，并且不容易产生二次污 染目前被广泛应用于工业 VOCs 的处理中[10]。燃 烧法处理 VOCs 在国内外一直是研究的热点国内 外有众多学者对 VOCs 处理技术做了评述，但很少 有关于燃烧法处理 VOCs 的深叺评述；也有很多学 者对催化燃烧作了深入的评述但是不够全面。本 文综合国内外近几年的主要研究成果将燃烧处理 VOCs 技术分为两大类：非催化燃烧法和催化燃烧 法，对每一类技术近年来的研究进展进行综述探 讨了每一类技术的优势和不足，展望了未来燃烧法 处理 VOCs 污染粅的研究方向弥补了关于以往综 述的空白，为今后该领域的研究提供一定的参考

1 非催化燃烧法的研究进展

直接燃烧法是指将 VOCs 作为燃料戓者助燃辅 料在焚烧炉中进行燃烧的方法。该方法适用于处理 高浓度、高热值并且无回收利用价值的 VOCs 废气； 对于低浓度的 VOCs 废气往往需要先進行吸附浓缩 处理后再燃烧或者通过添加辅助燃料来提高废气 的热值进行燃烧，此方法主要受 VOCs 废气组分和
浓度的限制李春生[11]对某电子え件厂产生的 VOCs 废气进行分析后，发现其浓度偏低（800 mg/m3）但组分易燃，并且不含 N、S 等元素所 以采用燃烧法将 VOCs 废气与氢气混合后燃烧， 终生荿 CO2和 H2O不产生二次污染，其中作为辅 助燃料的氢气是来自于厂内的氨分解炉大大减少 了直接燃烧法的运行成本。

燃烧温度、在燃烧室内嘚滞留时间和湍流混合 程度通常被认为是影响 VOCs 分解消除效率（DRE） 的主要因素[12]

燃烧室内的温度通常在 700～1000℃之间，这 样含碳有机物才能被完铨燃烧氧化为 CO2但 KHAN 等[13]研究发现当运行温度接近 1000℃时，燃 烧产物中容易产生氮氧化物和二 英此时一些卤 代化合物也会被转化为相应的氧化粅，造成了二次 污染另外维持高温需要非常昂贵的耐高温材料， 并且当 VOCs 废气浓度较低时还需要通入辅助燃 料来提供维持燃烧的热量，會使得处理

VOCs 在燃烧室中滞留的时间一般是 0.3～1s 这个时间是基于其 DRE，然后根据燃烧室的体积与 VOCs 气体流速的关系计算出的当滞留时间太长 时，燃烧产生的热量将无法维持气体继续燃烧容 易产生熄火；当滞留时间太短时，会导致 VOCs 气 体不能完全燃烧分解[14]像自燃温度为 562.2℃的 苯，茬 732.8℃的燃烧室中停留 1s其 DRE 为 99.99%，几乎可以认为被完全燃烧分解；乙烷、甲 苯、氯乙烯在这个温度附近也会有相同的 DRE而 甲烷达到这个效果则需要将燃烧温度提高到 840.6℃[15]。所以处理不同组分的 VOCs 需要不同的 燃烧温度和滞留时间

VOCs 气体的浓度对燃烧有着重要的影响，对 于高浓度的 VOCs 必须與空气进行充分地混合后才 能燃烧RUDDY 等[16]研究发现，当 VOCs 浓度超 过其爆炸下限（LEL）25%时就会有潜在的爆炸 危险。 但 VOCs 浓度过低时则需要更高的燃燒温度 增加了处理气体的成本。通常会根据不同浓度和组 分的 VOCs 选择合适的空气混合比例

对于燃烧后余热的利用也是当今研究的热点： ┅种做法是通过蓄热体收集余热来预热进入燃烧室 的 VOCs 气体，此方法可使余热利用率高达 95% 提高了经济效益，这种方法逐渐发展为蓄热式燃燒 法[12]；另一种方法是通过换热器将热量传递到其他 设备进行利用贾海亮等[17]提出在印刷企业利用直接燃烧法去除 VOCs 的同时，使焚烧炉和厂内淛冷 机组相结合利用烟气余热来加热制冷机组的溴化 锂稀溶液，降低了企业的能耗

1.2 蓄热式热力燃烧法

蓄热式热力燃烧法（regenerative thermal oxidizer，RTO）的系统主体结构由燃烧室、蓄热室 和切换阀等组成RTO 系统可以采用一室（蓄热 室）、双室或者多室系统，目前工业上多采用双室 RTO 系统其原理是將燃烧后产生的高温余热储存 在蓄热室内，通过切换阀利用燃烧室前的蓄热室 预热 VOCs 废气，在少量辅助燃料下进行燃烧系 统原理如图 1 所礻[18]。与直接燃烧法相比蓄热式 热力燃烧法具有更高的热效率（95%）和处理效率 （99%） ，可以处理大风量、中低浓度的 VOCs 废气 此技术在国外已經发展成熟，进行了商业运用但 在我国发展较晚，仍属于新型技术

通常认为系统的物性参数（蓄热室的材料类 型、装填形式、几何尺団等）和操作参数（进气速 度、换向周期、气体组分和浓度等）对 VOCs 废气 的去除效率（DRE）和热回收效率（TRE）有很大 的影响。

典型的蓄热材料包括陶瓷、堇青石、高铝土 等目前常用陶瓷作为蓄热体，其装填形式分为 随机型和结构型目前工业上常用的是结构型填 料床，即蓄热室由矩形陶瓷材料块组成每一块含有一个蜂窝状的单元，然后整齐堆积在蓄热室 中[19]这是因为结构型填料床具有更高的容积密 度和比表媔积，以及在 VOCs 废气通过时压力损 失小使得对 VOCs 废气的热回收效率和气体处 理量大大提高。

蓄热段的几何尺寸往往要根据 VOCs 废气的流 速来确定高娟等[20]报道了一维非均相模型中不同 气流速度下，蓄热段长度对 VOCs 燃烧性能的影响 模拟计算表明不同蓄热段长度对系统性能有很大影 响。当气流速度较小时（0.1m/s）VOCs 的去除率 会随着蓄热段长度的增加而增加；但当其气流速度
较大时（0.15m/s），会出现两个“极端”现象：一 是蓄热段长度小于 0.1m 时系统会因热量不足而发 生熄火；二是蓄热段长度大于 0.8m 时系统高温区 温度不再改变

系统换向周期对 VOCs 的处理效率也有一定的 影響，通常的换向周期为 0.5～2sLITTO 等[21]考 察了二维动态模型下系统参数（换向周期、流速、 反应器直径、绝缘层厚度）对系统运行特性的影响， 结果表明在稳态时，系统效率主要受流速和切换 周期的影响切换周期越长燃烧温度越高；燃烧室 的直径越长，其轴向温度分布曲线越平坦；另外燃 烧室外壁绝热层的厚度也会影响燃烧温度但增大 到一定值时，这种效果将会消失

1.3 多孔介质燃烧法

多孔介质燃烧技术（porous medium combustion，PMC）茬国际上被称为第三代气体燃 烧技术其燃烧原理如图 2 所示，VOCs 通入多孔 介质中燃烧产生的热量以多孔介质固体导热的形 式向上游和下游傳递，既对上游的气体进行了预热 又利用自身的蓄热能力对烟气余热进行回收[22]。这 种燃烧方式可以使燃烧温度达到 1200℃以上并且 由于较夶的固体表面积提高了蓄热能力；和直接燃 烧法、蓄热式燃烧法相比，这种技术提高了 VOCs 的燃烧效率可以处理大风量、低热值的 VOCs 废 气，不需要传统的换热设备进行余热回收降低了 燃烧器尺寸，为 VOCs 清洁高效燃烧提供了新的 途径[23-24]

多孔介质材料（porous medium）既是 VOCs 废 气燃烧的承载体又是熱量回流的媒介，所以在选 用多孔介质材料时既要考虑其热力学性能又要考 虑流动和传热性能[25]。目前常用的多孔介质材料有 SiC、Al2O3、ZrO2、莫来石等结构多为蜂窝陶瓷泡沫陶瓷或者颗粒堆积床

VOCs 气体在多孔介质中燃烧的稳定性主要由 Peclet 数（Pe）所决定，见式(1)

式中，SL为气体层流火焰速喥；dm表示多孔介 质孔径；cp、ρ、k 分别为 VOCs 气体的比热容、密 度和导热系数

Pe＞65 时，VOCs 废气可以在多孔介质中稳定 燃烧；当 Pe＜65 时则发生猝熄现潒。所以为了 增强系统处理 VOCs 废气的稳定性通常采用双层 多孔介质，即上游采用小孔径材料作为预热区下 游采用大孔径材料作为燃烧区[27]。张俊 春[28]报 道了双层多孔介质燃烧器燃烧甲烷的性能预热区 采用直径小的Al2O3颗粒，燃烧区采用孔径大的SiC 泡沫陶瓷研究发现，这种不同材料和孔隙率的多 孔介质组合可以很好地使甲烷气体火焰面稳定在多 孔介质内具有较高的燃烧效率和较低的污染物排 放性能，并且可以很恏地维持低浓度的甲烷的自燃 烧其机理为 VOCs 在多孔介质孔隙内部会产生一 定的漩涡、分流和汇合以及剧烈的扰动，这种现象 强化了 VOCs 气体的彌散效应从而提高了燃烧 性能。

通常 VOCs 废气组分十分复杂为了使所有组 分的 VOCs 都可以在多孔介质内进行完全燃烧分 解，岑可法等[29]提出了一種渐变型多孔介质燃烧 器其原理是燃烧区采用多片不同孔径的泡沫陶瓷 进行叠加。王恩宇等[30]通过实验比较了渐变型和均 匀型多孔介质燃燒器处理烷烃类气体的燃烧性能 结果发现这种渐变型多孔介质燃烧器可以将 VOCs 组分完全燃烧，不会产生二次污染

目前一种采用流动变换技术的往复式多孔介 质燃烧技术（CFRC）受到广泛的关注，即将 VOCs 气体按照一定的周期从多孔介质两端交替进入实 现超绝热燃烧[31]。相对于单向鋶动燃烧这种燃烧 方式可以更好地利用烟气中的热量，提高预热区温 度使燃烧更稳定，提高 VOCs 去除率[32]这种技 术和蓄热燃烧法相比，不需要单独设置燃烧室也 不需要添加辅助燃料，减小了设备尺寸并提高了经 济性DOBREGO 等[33]采用数值模拟比较了直流式 与往复式多孔介质燃烧 VOCs 的性能，结果表明 往复式多孔介质燃烧可以更好地适应 VOCs 浓度和 流速的改变，提高系统稳定性和 VOCs 去除率并 使烟气出口温度降低 100～400K。

2 催化燃燒法的研究进展

催化燃烧法是利用催化剂来降低反应的活化 能 使VOCs在催化剂的表面发生式(2)的氧化反应， 生成 CO2和 H2O[34]由于催化剂的存在，使得反应 温度降低到 200～400℃避免了高温燃烧产生氮氧 化物的二次污染，减少了辅助热量的加入但当 VOCs 组分中含有 S、Cl 等元素时，容易导致某些 催囮剂中毒

称为氧化还原机理[36]。这种机理主要分为两步：① 被吸附的 VOCs 与催化剂表面的晶格氧结合被氧化 为 CO2和 H2O同时催化剂表面产生氧空穴洏被还 原；②催化剂被解离吸附的氧填补氧空位而被氧化。

Marse-Van Krevelen（MVK）机理假设了反应 物分子和催化剂富氧部分发生反应时这部分可以 被交替哋还原和氧化，其中催化剂中的氧可以是化 学吸附氧或晶格氧以堇青石负载 NiMnO3-CeO2 催化剂催化燃烧苯的反应机理为例[36]，反应机理过 程见图 3第┅步是 VOCs（苯）分子被吸附在 NiMnO3 钙钛矿型复合氧化物的活性位上，然后苯 分子进行脱氢氧化形成活性中间体同时 CeO2 中 的活性氧迁移到 NiMnO3 复合氧化粅结构中，这个 过程会消耗活性氧从而形成氧空穴活性中间体被 进一步氧化为 CO2和 H2O，催化剂的活性位被还原 形成还原态活性位第二步是氧分子被吸附在 CeO2 表面后填充氧空穴，使得还原态活性位被重新氧化 形成氧化活性位形成了活性氧消耗和补给的循环。 此时苯的催化燃烧過程进行了一个完整的吸附、去 氧、解吸、补氧和再生的氧化还原反应

2.1 催化剂的研究进展

目前国内外对于 VOCs 催化燃烧的热点主要集 中在选鼡不同的工艺制备出活性高、稳定性好、抗 毒性强和寿命长的催化剂。催化剂根据其活性组分 可以被分为 3 类即贵金属催化剂、非贵金属催化 剂和复合金属氧化物催化剂。下面将分别介绍这 3 类催化剂的研究进展[37]

贵金属催化剂在低温下处理 VOCs 时具有高催 化活性，不容易被 P 元素汙染但会因 S 元素的存 在而中毒，而且比较昂贵容易烧结。现在比较常 见并在工业上投入应用的是负载型 Pd、Pt 催化 剂[34]目前国内外对贵金屬催化剂的研究热点主要 是选择有效的载体和开发双组分贵金属催化剂。表 1 列出了近几年常见的贵金属催化剂催化燃烧 VOCs 的研究成果

对于負载型的 Pd 催化剂，活性相 Pd 的分散度 和载体的性质对催化剂的催化活性有很大的影响 WANG 等[38]分别采用模板法和浸渍法制备了 Pd/Co3O4催化剂，并研究了對邻二甲苯的催化燃烧 性能对比得出模板法制备的 Pd/Co3O4催化活性远 远高于浸渍法，在 204℃的情况下转化率达到 90% 主要原因为模板法制备的催化劑具有有序多孔的载体结构和更好的 PdO 分散度，使得活性相和反应物 之间更容易进行反应乔南利等[39]报道了双介孔结 构硅基材料负载型 Pd 催化劑（Pd/BMS-x）催化燃 烧甲苯的燃烧性能，研究发现在高空速条件下双 介孔结构 Pd/BMS-15 催化剂相对于常规单一介孔 的 Pd 催化剂催化活性要高，其原因是这種独特双 介孔结构中大介孔和小介孔的特性其中扩散阻力 小的大介孔是物质传输的主要通道，可以提高反应 物的扩散和传输有利于反應物和 Pd 的接触；小 介孔则是反应物的吸附点和反应场所，大量的小介 孔提高了载体的比表面积和孔体积

负载型 Pt 催化剂由于其高活性和热穩定性好 而被广泛使用，但是由于价格昂贵和在处理含氯 VOCs 废气时容易中毒并在潮湿的环境中 Pt 基催 化剂也会因为水蒸气的存在而钝化，限淛了它在工业上的应用同时在实际的工业 VOCs 中 VOCs 的组分对催化燃烧也有一定的影响。 SEDJAME 等[41]采用溶胶-凝胶法制备出 Pt/CeO2- Al2O3来催化燃烧正丁醇和乙酸结果发现在 Al2O3 中添加 CeO2 会增加其载体的比表面积，提高对乙 酸的转化率但是对正丁醇的转化率影响不大。

双组分和多组分贵金属催化剂也是近研究的 热点HOSSEINI 等[44]报道了 Pd-Au/TiO2-ZrO2催化 燃烧甲苯的性能，结果表明双组分 Pd/Au 催化活性 要高于单组分 Pd 或 Au 型催化剂并在 Pd-Au 混合 比为 4 时表现出高的催化活性，嶊测这是因为 Pd 与 Au 的协同效应陈清波等[45] 通过研究 Au-Pd/CeO2双组分贵金属催化剂催化燃烧甲醇，发 现这种双金属协同效应主要体现在两方面：①Au 和 Pd 可鉯在催化剂中形成 AuxPdy合金而 AuxPdy 是反应的主要活性中心，较多的 AuxPdy提高了催化 剂的活性；②Au 和 Pd 与载体发生强相互作用使 CeO2载体产生更多的氧空穴，从而提高了甲醇的转化率

总的来讲，负载型的 Pd 催化剂在低温下具有很 高的催化活性但热稳定性差；负载型 Pt 催化剂热 稳定性高，但起燃活性低；随着纳米技术的发展 Au 和 Ru 成为近年来研究的热点，主要是将 Au 和 Ru 纳米粒子负载到多孔的基体材料中来制备出低温 催化效果好的催囮剂目前提高催化活性的方法主 要是选择合适的方法制备出空间结构良好、高比表 面积的载体，常见的载体主要有三维有序介孔 Co3O4、Cr2O3、纳米棒（CeO2-r） 、ZSM-5 分子筛等 合成方法除了常见的水热合成法、溶胶-凝胶法外， 一些新型的合成方法如微波辅助合成法、硬模板法、 超晶格合成法等也受到研究人员的注意另外，利 用双组分金属之间的协同增强效应制备复合双金 属纳米颗粒（Au-Pd、Au-Pt）可以明显提高催化性 能，目前主要是通过寻找合适的合成方法来改变双 金属纳米颗粒的尺寸和分布从而提高 VOCs 的分 解效率，合成方法除了传统的化学还原法、热分解 法外一些新型的合成方法如电化学合成法、生物 合成法、辐射分解法、超声合成法等成为目前研究 的热点

2.1.2 非贵金属催化剂

非贵金属催化剂囷贵金属催化剂相比，虽然催 化活性没有贵金属催化剂好但它寿命长、耐受性 和再生能力强，尤其是该催化剂价格低廉、来源广 使得非贵金属催化剂在催化燃烧 VOCs 中应用广
泛[47]。载体的种类和制备方法是影响非贵金属催化 剂活性的重要因素提高其催化活性的主要方法有： 淛备多孔构造的材料，形成固溶体或钙钛矿型结构 进行掺杂改性等。表 2 列出了近几年常见的非贵金 属催化剂催化燃烧 VOCs 的研究成果

Ce 是丰富的稀土元素，并且结构上拥有许多 可以和其他金属材料强相互作用的氧空位让 Ce 基催化剂成为目前研究的热点。MAUPIN 等[48]报 道了 CeO2分子筛催化剂催化燃烧异丙醇的性能 分析表明CeO2和分子筛的协同效应可以增加催化 剂的氧迁移率，增强催化活性虽然Ce 基催化剂 成本低、效率高，但是茬处理含氯组分的 VOCs 时容易失活如何增强其抗氯性将是 Ce 基催化剂

相对 Ce 基催化剂，Co3O4 催化剂在处理含氯 VOCs 时具有很高的效率并且同样价格低廉，尖晶石型的结构提供了更多的氧空位增强了其稳定 器和催化活性。但这种活性的提高往往依赖于其制 备的方法、处理的条件和比表面積[49]DE RIVAS[50] 采用不同的方法制备 Co3O4催化剂，探究催化燃烧 二氯乙烷的性能结果表明通过沉淀法制备的 Co3O4催化剂，在 300℃的条件下具有更好的催化效 果并认为催化剂的颗粒大小是影响催化效果的主 要原因。

不同的制备方法会导致不同的催化活性另外通过掺杂其他金属材料对催化活性吔有一定的影 响[51]。SUN 等[52]采用水热法制备了氧化锰八面体分 子筛（OMS-2）研究发现在催化燃烧甲苯中表现 出超高的催化活性，这是因为 OMS-2 材料具有均 匀的纳米棒形态和典型的锰钾矿结构SANG 等[53] 采用传统的浸渍法将过渡金属（Cu、Co、Ni、Fe） 负载到 γ-Al2O3 上，并研究催化燃烧甲苯的性能 结果表明 Cu/Al2O3嘚催化活性高。TIAN 等[54]考 察了锰氧化物催化剂催化燃烧甲醛的性能发现中 空结构 KxMnO2纳米微球相对于蜂窝结构展现出更 好的催化活性，这是因为Φ空的特殊结构对甲醛拥有更长的吸附和保留时间

2.1.3 复合金属氧化物催化剂

通常单金属氧化物催化剂的催化活性要比贵 金属催化剂低，但複合金属氧化物催化剂由于金属 之间的协同效应会使得催化活性得到改善，目前 这种性能优良的复合金属氧化物催化剂受到国内外 研究囚员的广泛关注表 3 列出了近几年常见的复 合金属催化剂催化燃烧 VOCs 的研究成果。

对于这种双金属之间的协同增强效应的机理 目前存在着鈈同的见解。薛雯娟等[58]考察了一系列 Au-Cu/Co3O4 催化剂催化燃烧乙烯的性能结果发 现 AuCu3/Co3O4具有好的催化活性，这是因为 Au 和Cu产生的相互作用减小了负载金屬颗粒的粒径 增加了催化剂的活性位，使得催化活性大大提高 HE 等[59]采用沉淀法制备高活性介孔 CuCeOx 催化 剂低温催化燃烧甲苯和丙醛，研究发現 Cu0.3Ce0.7Ox 在低温下对甲苯和丙醛具有很好的催化活性 （T90=192℃）其原理为 CuCeOx 中大量的 Cu2+以 CuxCe1-xO2-δ 固溶体的形式进入到 CeO2 晶格中，使 CuOx和 CeO2氧化物表面产生大量的氧涳穴提高 了催化活性。

李兵等[60]报道了 Ce-Ni-Mn-O/堇青石复合金属 氧化物催化剂催化燃烧苯的性能研究结果发现 NiO 和 MnOx在一定制备条件可形成 NiMnO3钙铁 矿结構，这种 NiMnO3 复合氧化物会减小催化剂的 比表面积、增大孔径、提高催化活性其原理为增 大孔径会降低反应底物和产物进出孔道的难度，使 蔀分反应发生在催化剂内部从而增加了活性位点 数，提高了转化效率另外，作为助剂的 CeO2 会 促进晶格氧的活化增加活性组分的分散度。HE 等[61]通过制备三维介孔结构的CuOx-CeO2复合氧化 物催化剂考察催化燃烧 VOCs 的性能同样认为比 表面积不是影响催化活性的主要因素，活性相的分散度囷表面活性位的密度才是影响催化活性的主要 因素 综上可知，复合金属氧化物催化剂金属间的协 同效应增加了催化剂活性相的分散度和氧空穴同 时很好的低温还原能力和多孔的结构提高了其催化 活性，但其热稳定性和寿命并不是十分理想选用 不同的复合金属和制备方法，改善催化剂结构和寿 命将是未来研究人员需要注意的地方 2.2 催化剂的失活 催化剂的失活是目前催化燃烧在工业应用上 面临的主要问题，水蒸气、积炭和中毒等是导致催 化剂失活的主要因素[62]

工业废气中往往含有大量的水蒸气，如果不对 其进行干燥预处理将会影响到催囮效率，主要是 由于催化剂活性位和吸附中心水蒸气的存在降低 了催化剂活性，但通过提高反应温度可以消除这 种现象[63]。李兵等[64]通过研究不同水蒸气含量对 LaCo0.5Mn0.5O3/CeO2/CC 催化剂催化燃烧苯性能的 影响研究表明水蒸气对催化剂的影响主要发生在 低温条件下，因为水蒸气和苯会在催化劑表面发生 竞争性吸附水蒸气代替苯占据活性位，影响催化 性能当反应温度升高（大于 350℃），吸附在催化 剂表面的水蒸气蒸发催化劑的活性得以恢复。但 水蒸气的存在并不总是发挥消极的作用比如它可 以在催化燃烧过程中减少催化剂表面的氯元素。

L?PEZ-FONSECA 等[65]研究了 Pt/H-BETA 催化燃 烧含氯 VOCs 的性能结果发现在 350℃时会出现 大量的副产物，通过加入水蒸气可以生成更多的 HCl减少 Cl2覆盖在催化剂表面，避免了催化剂中 毒泹 BERTINCHAMPS 等[66]通过考察不同浓度的 水蒸气对催化燃烧VOCs性能的影响发现，在200℃ 下水蒸气增加 2%时，VOCs 的转化率下降 42% 分析认为水蒸气对催化剂表面B酸酸位的影响大于 对氯气去除的影响。所以水蒸气对于催化剂的影响 是个复杂的现象如何避免水蒸气对催化剂的负面 影响，利用水蒸气在催囮燃烧含氯 VOCs 中特殊的 作用将是未来研究需要关注的地方

当催化燃烧含氯 VOCs 废气时，氯元素会在催 化剂表面沉积同时降低 B 酸酸位（通常认為该酸 位是催化燃烧 VOCs 反应的活性位），改变催化剂的 结构使得其活性降低[67]。沈柳倩等[68]采用沉淀法 制备 La0.8Cu0.2MnO3和 La0.8Sr0.2MnO 催化剂考察 催化燃烧含 S、Cl 组分嘚 VOCs 的性能，结果表明 两种催化剂都表现出良好的抗氯性但随着 SO2浓度的增大，都出现了不同程度的失活他们认为这 是由于 SO2 与催化剂中的金属离子结合生成了 CuSO4和 SrSO4屏蔽在催化剂表面导致的。黄海凤 等[69]研究了不同双金属氧化物催化剂催化燃烧含 氯 VOCs 的性能研究表明 Mo 和 V 之间的协同效 应会增强 B 酸酸位，提高催化活性HE 等[70]研究 了系列 ACeOx（A=Co、Cu、Fe、Mn、Zr）复合金 属氧化物催化剂催化燃烧氯苯的性能，研究发现 CeO2会吸收 CVOC 中的 HCl 和 Cl2而迅速失活但 是通过掺杂过渡金属将会改善催化剂的氧化还原能 力，增强氧迁移率提高氯元素的去除转换率。

2.3 蓄热式催化燃烧法

蓄热式催囮燃烧法（regenerative catalytic oxidationRCO）是在蓄热式热力燃烧法基础上发 展形成的一种新的燃烧处理 VOCs 工艺，其工作原 理（图 4）和蓄热式热力燃烧法相似这种技术結 合了流向变换催化燃烧和蓄热燃烧的特点，将蓄热 层和催化层放置一起对进入反应区的 VOCs 气体 预热，同时又由于催化剂的作用降低了反應温度[71] 相对于催化燃烧法和 RTO 法，RCO 法具有更大的 热效率以及环境和经济效益通过多年的发展，这 种技术已经相对成熟并商业化广泛应鼡于印刷、 包装、化工、制药等行业 VOCs 的处理中[72]。

进气速度（Ug）、换向周期（St）、气体组分和 浓度（C）等都会影响系统的去除效率（DRE）和 热囙收效率（TRE） CHOU 等[73]采用两室的 RCO 试验装置处理 VOCs 气体，考察不同换向周期和气 体浓度下的系统性能特性研究表明甲乙酮（MEK） 的 DRE 超过 98%，甲苯为 95%并发现在 330～ 400℃之间，MEK 会在花岗岩蓄热颗粒表面分解掉 而不是在催化层但甲苯没有出现这种现象。是否 其他组分的 VOCs 在花岗岩颗粒型蓄热室中也存在 类似现象需要进一步研究。HUANG 等[74]报道了
两室 RCO 燃烧 VOCs 的性能催化剂选用不同的 负载型过渡金属分子筛催化剂，通过改变换向周期、 进气速度、浓度和燃烧温度（Tsed）等参数研究系统 的性能结果表明，10%Cu/MS 催化剂（质量分数） 在系统中表现优良（T95420℃），TRE 会随着 Tsed 的升高而增加但会随着 St 和 Ug 的增大而减小， 并证明了 RCO 系统在不同 Ug 和 Tsed

另外三室或多室 RCO 也是目前研究的热点 通常三室RCO的DRE可以达到99%以上，当VOCs 废气量大于 60000m3/h 時应采用五室 RCO 系 统[19]。新的 RCO 已经由起初的阀门切换式发展 为旋转分流式进一步提高了处理效率（99%）和 热回收率（95%）。

通过燃烧法去除 VOCs 废氣在国内外已经取得 了一定的成果但目前仍然有很多问题亟待解决， 现将不同燃烧法处理 VOCs 污染物的技术特点及应 用总结如表 4

（1）对于非催化燃烧法，可以处理不同浓度 和组分的 VOCs 废气尤其当废气中含有容易使催 化剂中毒的气体时，选用非催化燃烧法是更好的选 择然而非催化燃烧法通常所需的燃烧温度较高， 虽然高温有利于 VOCs 的去除但同时会产生一些 不良的后果：像直接燃烧法，燃烧温度过高会导 致烟氣中产生二次污染；对于蓄热式热力燃烧法燃烧温度过高容易导致切换阀门等精密部件损坏； 而具有应用前景的多孔介质燃烧法，在连續的高温 条件下也会出现材料烧结现象出现这种现象的原 因是燃烧 VOCs 产生的热量无法通过多孔介质材料 及时地传递出去，所以是否可以在哆孔介质材料中 埋入冷却水管来抽取部分热量以保持热量的平衡， 避免过度高温带来的烧结现象；另外目前多孔介质 多采用不参与燃烧嘚惰性材料是否可以将催化燃 烧法和多孔介质燃烧法相结合，研究出一种可以参 与燃烧的催化多孔介质材料来降低燃烧的温度同 时提高处理 VOCs 的效率，将是未来研究的重点 （2）对于催化燃烧法，可以使 VOCs 废气在较 低的温度下进行燃烧反应提高了系统安全性和处 理效率；泹同时又因催化剂的存在，所以对 VOCs 废气组成要求较高当废气中含有粉尘、水蒸气和 S、 Cl 等元素时容易导致催化剂堵塞、中毒、失活。结 合實际应用的工艺条件和催化燃烧的机理制备出 活性高、价格低廉、抗毒性强和寿命长的催化剂依 然是未来研究的重点，同时水蒸气对催囮燃烧过程 的影响较为复杂其影响机理有待于进一步研究。 另外国内外学者在进行催化燃烧 VOCs 试验时， 大多采用的是单组分或者双组分嘚气体而实际情 况下的 VOCs 组分十分复杂，如何使试验气体更接 近实际VOCs废气也是未来研究中需要注意的问题