1 引言
揮發性有機物（Volatile Organic Compounds, VOCs）是指除甲烷及氟氯烴以外的常溫下飽和蒸汽壓超過70.91Pa 或常壓下沸點少於260℃的有機化合物，如脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、含氧烴[1]。VOCs 主要來自石油化工、建材、噴塗作業及內燃機不完全燃燒。VOCs 除了具有毒性或惡臭外，還是光化學煙霧的罪魁禍首。近些年來，大氣VOCs 污染受到人們廣泛關注。
常見的VOCs 污染末端控制技術主要有：吸收、吸附、冷凝、燃燒、生物降解[1-2]。吸收、吸附及冷凝技術通常用於溶劑回收和預處理。生物降解技術適合於極低濃度VOCs 廢氣的處理，但降解速率慢，微生物對毒物敏感。對於污染組分複雜，不適合回收溶劑的VOCs廢氣，通常採用燃燒技術。傳統的熱力燃燒需要很高的燃燒溫度，處理中、低濃度的VOCs時需要消耗大量的輔助燃料，存在執行成本高等缺點[2-3]。而催化燃燒的燃燒溫度低，減少或無需輔助燃料的消耗，具有執行成本低等優勢，是一種高效、經濟、可靠的VOCs 污染控制技術。
2 VOCs 催化燃燒特性
2.1 VOCs 催化燃燒的基本原理
VOCs 催化燃燒是典型的氣-固相催化反應，其實質是活性氧參與的劇烈氧化作用[3]。在催化劑的作用下，VOCs 在較低溫度下進行無火焰燃燒被徹底氧化物CO2 和H2O，釋放出能量，反應方程式如式1 所示。對於CVOCs 和SVOCs 的催化燃燒，Cl、S 分別轉化爲HCl/Cl2、SO2。
CmHn+(m+n/4) O2催化劑→m CO2+(n/2) H2O+Q (1)
2.2 催化燃燒的基本流程
VOCs 催化燃燒包括預熱、催化反應、熱回收三個基本流程。工業排放的VOCs 廢氣的溫度通常較低，進入催化反應牀之前需要預熱，通常採用熱交換器預熱。對於低濃度、低溫度的VOCs 廢氣，燃燒過程無法維持自身熱平衡，需要消耗輔助燃料。預熱後的VOCs 廢氣進入催化反應牀，在催化劑表面發生無焰燃燒，被徹底氧化並釋放出大量熱能。淨化後的氣流具有很高的溫度，採用熱交換器回收熱量，以供VOCs 廢氣預熱之用，減少輔助燃料的消耗和避免對環境造成熱污染。國內外工程化應用的VOCs 廢氣催化燃燒工藝主要有蓄熱式催化燃燒、熱回收式催化燃燒、直燃式催化燃燒、吸附濃縮—催化燃燒四類[4-6]。
2.3 VOCs 催化燃燒特點
1）起燃溫度低，反應速率快，節省能源。催化燃燒過程中，催化劑起到降低VOCs 分子與氧分子反應的活化能，改變反應途徑的作用。相比熱力燃燒，催化燃燒具有起燃溫度低，反應速率快的優越性。催化燃燒與熱力燃燒性能比較見。催化燃燒起燃溫度低，節省了輔助能源的消耗，在某種情況下，甚至無需外界供熱。
2）處理效率高，二次污染物和溫室氣體排放量少。採用催化燃燒處理VOCs 廢氣的淨化率通常在95%以上，終產物主要爲CO2 和H2O。由於催化燃燒溫度低，大量減少NOx的生成[3-5]。輔助燃料消耗排放的CO2 量在總CO2 排放量中佔很大比例，輔助能源消耗量減少，顯然減少了溫室氣體CO2 排放量。
3）適用範圍廣。催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體，適合處理的VOCs 濃度範圍廣。對於低濃度、大流量、多組分而無回收價值的VOCs 廢氣，採用催化燃燒法處理是最經濟合理的。
3 VOCs 催化燃燒影響因素研究進展
VOCs 催化燃燒是一個十分複雜的物理、化學反應過程，涉及VOCs 和氧分子的的擴散、吸附、解吸及化學反應，其淨化速率及淨化效果受諸多因素的影響。下文就VOCs 催化燃燒過程影響因素進行探討。
3.1 催化劑物理化學性質
通常催化 VOCs 燃燒所用的催化劑主要有貴金屬和金屬氧化物兩類。貴金屬催化劑主要有Pt、Pd、Rh 等，金屬氧化物催化劑活性成分爲過渡金屬氧化物，這些典型的金屬氧化物有CrOx、MnOx、CoOx、CuOx、VOx 和TiO2[3,9]。貴金屬催化劑活性一般比金屬氧化物催化劑高，但金屬氧化物催化劑成本低，增加使用量可提高其總催化活性。Pt 和Pd 對於不同的反應物表現出不同的'活性，對於C2-C4 的烷烴、芳烴及氯苯的燃燒，Pt 活性高於Pd；對烯烴、二氯甲烷和三氯乙烯的燃燒，Pd 的活性則高於Pt[9-10]。金屬氧化物催化劑又分爲單一金屬氧化物和複合金屬氧化物。對於不同反應物，金屬氧化物催化活性存在很大差異，但一般認爲，複合金屬氧化物催化活性比相應的單一金屬氧化物高。此外，催化燃燒過程中催化劑失活對VOCs 淨化速率及效果也有顯著的負面影響。複合金屬氧化物抗中毒和抗燒結性能都優於貴金屬催化劑[3,11]。SATU OJALA 認爲Cu-Mn 複合氧化物和Pt 是常規VOCs 氧化過程最適合的催化劑，SVOCs 氧化過程最適催化劑爲MnO2-MgO[7]。活性組分的粒徑及負載量對催化活性也有緊密的聯繫。一般認爲，活性組分粒徑越小，活性中心越多，催化活性越好[9,12]。當粒徑處於納米尺度，催化劑因其特有的“表面效應”