VOx-CeOx-TiO2催化劑低溫降解二噁英的基礎(chǔ)研究.pdf

1、垃圾焚燒排放的二噁英由于具有強(qiáng)烈的致癌性、致畸性、致突變性，限制了焚燒處置技術(shù)的迅速發(fā)展。催化降解技術(shù)能將二噁英徹底破壞，被認(rèn)為是最具前景的煙氣末端控制技術(shù)。本文圍繞過(guò)渡金屬氧化物及納米TiO2載體，探索開發(fā)了新型二噁英降解催化劑VOx-CeOx/TiO2，研究了該催化劑對(duì)二噁英的低溫降解特性，同時(shí)采用耦合臭氧的方法提高二噁英降解效率，并在實(shí)際煙氣中測(cè)試了該新型催化劑的活性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴催化劑活性由吸附能力和氧化能

2、力共同決定，提升溫度增強(qiáng)催化劑氧化能力的同時(shí)也減弱了吸附能力。二噁英分子在催化劑表面先被吸附而后降解，過(guò)高溫度反而導(dǎo)致二噁英降解效率降低。納米 Ti O2在熱環(huán)境下能使二噁英發(fā)生脫氯反應(yīng)。當(dāng)釩含量為5 wt.％時(shí)，VOx/TiO2催化劑對(duì)二噁英的降解效率最高。與普通TiO2和Al2O3相比，以納米TiO2為載體的催化劑活性最高。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，VOx/TiO2催化劑降解OCDD、OCDF所需活化能分別為13.4和12.5 kJ/

3、mol，采用納米TiO2和最佳釩含量（5 wt.%）降低了反應(yīng)活化能。⑵過(guò)渡金屬氧化物催化劑降解二噁英的活性從高到低排序?yàn)椋篤Ox＞CeOx＞MnOx＞W(wǎng)Ox＞MoOx；另外，WOx、MoOx、MnOx和CeOx以第二金屬催化成分分別添加進(jìn)入VOx/TiO2催化劑中，對(duì)二噁英降解效率的增加幅度從高到低排序依次為：CeOx＞MnOx＞MoOx＞W(wǎng)Ox。由此開發(fā)出二噁英高效降解催化劑VOx-CeOx/TiO2，200℃下該催化劑降解二噁英的

4、效率高達(dá)92.5%。⑶VOx-CeOx/TiO2催化劑在低溫條件下（180℃）降解氣相二噁英的降解效率達(dá)到73.4%。載氣中的O2能加速活性組分的催化循環(huán)，顯著提高催化劑的活性。無(wú)氧條件下，活性組分含有的晶格氧也能氧化少量二噁英，但其本身無(wú)法得到持續(xù)補(bǔ)充。過(guò)量水蒸氣抑制了二噁英的降解；而適量水蒸氣卻具有促進(jìn)作用。有氧條件下，VOx極易與SO2發(fā)生不可逆反應(yīng)生成VOSO4，導(dǎo)致催化劑失活。XPS分析結(jié)果證明CeOx能促進(jìn)催化劑中V3+物種

5、氧化，形成更多的V5+物種，增加催化劑氧化能力。催化劑吸脫附研究表明，有氧環(huán)境下，催化反應(yīng)后吸附二噁英的催化劑在13 h后能夠再生。⑷180℃時(shí)，催化劑耦合200 ppm臭氧降解二噁英的效率達(dá)到86.7%，較單獨(dú)使用催化劑的降解效率高出13.3%。臭氧在催化系統(tǒng)的作用可歸納為三方面：（a）分解產(chǎn)生活性氧直接氧化二噁英分子；（b）活性氧能加速高低價(jià)態(tài)金屬活性組分的催化循環(huán)速度；（c）臭氧增加了晶格氧數(shù)量，提高催化劑自身活性。⑸⑸VOx-C

6、eOx/TiO2催化劑應(yīng)用于垃圾焚燒廠實(shí)際煙氣的結(jié)果表明：煙氣中復(fù)雜的氣體組分會(huì)導(dǎo)致催化劑失活，二噁英的降解效率比實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果至少低17.7%。然而，當(dāng)催化劑耦合500 ppm臭氧后，200℃和240℃下的降解效率分別達(dá)到94.8%和97.5%。依據(jù)OCDD降解的中間產(chǎn)物推測(cè)出二噁英降解的可能反應(yīng)路徑：二噁英的降解反應(yīng)過(guò)程中同時(shí)存在脫氯反應(yīng)和氧化反應(yīng)。脫氯反應(yīng)會(huì)持續(xù)發(fā)生，直至二噁英變成無(wú)氯的DD和DF。氧化反應(yīng)能將二噁英分子破壞分解為