近年來，隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和人口的快速增加，排放到空氣中的揮發(fā)性有機物(VOCs)廢氣急劇增多，已成為導(dǎo)致大氣污染的主要原因，嚴(yán)重危害人類的健康，制約社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。尋求合理有效的治理技術(shù)來解決VOCs污染問題，已經(jīng)迫在眉睫。催化燃燒是實現(xiàn)VOCs高效燃燒的一種處理技術(shù)，因具有起燃溫度低、處理效率高和無二次污染等優(yōu)點，在VOCs凈化處理過程中顯示出了極大的競爭力。催化燃燒技術(shù)核心問題在于高效、穩(wěn)定催化劑的設(shè)計和制備，貴金屬催化劑(如Pt、Pd和Au等)具有較高的催化活性和選擇性，但由于資源稀缺，價格昂貴，這類催化劑通常負(fù)載在載體上，作為負(fù)載型催化劑被用于VOCs的催化燃燒。一方面提高了貴金屬的分散性，減少其用量，降低催化劑成本，另一方面可發(fā)揮貴金屬與載體之間的協(xié)同作用，進(jìn)而改善催化劑的催化性能。

1Pt催化劑

Pt催化劑對VOCs的催化燃燒具有較高的催化活性，在作為負(fù)載型催化劑時，其活性往往受多種因素的影響，如載體的性質(zhì)、顆粒尺寸以及Pt的負(fù)載量等。由于載體的比表面積、孔結(jié)構(gòu)、酸堿度以及疏水性等，通常對活性組分的分散性、反應(yīng)物分子的吸附作用和金屬-載體之間相互作用等均有著較大的影響，使得載體的性質(zhì)在很大程度上決定了負(fù)載型Pt催化劑的催化活性;因此，載體的不同，會導(dǎo)致負(fù)載型Pt催化劑表現(xiàn)出不同的VOCs催化燃燒活性。在眾載體中，γ-Al2O3因具有大的比表面積、高的穩(wěn)定性和低成本等特性，而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。Ordo等以商業(yè)的γ-Al2O3作為載體，采用浸漬法制備Pt/γ-Al2O3催化劑，分別用于苯、甲苯和正己烷的催化燃燒反應(yīng)中，發(fā)現(xiàn)制得的Pt/γ-Al2O3催化劑具有良好的催化燃燒活性，200℃以下即可實現(xiàn)其完全氧化。研究表明，載體的酸堿度在改善負(fù)載型Pt催化劑性能方面，發(fā)揮著重要的作用。Yazawa等發(fā)現(xiàn)分別以酸堿度不同的Al2O3、MgO、La2O3、ZrO2、SiO2-Al2O3和SO42--ZrO2為載體，制得的負(fù)載型Pt催化劑，對丙烷催化活性具有明顯的差異，其中酸性越強的載體，制備的催化劑活性越好，這是由于Pt在酸性載體上具有較強的抗氧化性，這使得Pt/SO42--ZrO2催化劑具有最佳的丙烷催化活性，在227℃反應(yīng)溫度下，丙烷的轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上。與常規(guī)的Al2O3負(fù)載Pt催化劑相比，將分子篩作為載體，制得的負(fù)載型Pt催化劑(如Pt/H-ZSM-5和Pt/MCM-14等)，Pt金屬的分散性更好，且分子篩多孔特性可有效的阻止副產(chǎn)物的生成和積碳作用的發(fā)生，從而表現(xiàn)出更好的芳烴催化燃燒活性。由于VOCs催化燃燒生成的水蒸氣很容易在催化劑孔道內(nèi)凝聚，容易使催化劑發(fā)生鈍化。因此，載體的疏水性對負(fù)載型催化劑保持高的催化活性和良好的穩(wěn)定性有著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)以聚苯乙烯(SDB)、活性炭和碳?xì)饽z等多孔的疏水材料作為載體，制得的負(fù)載型Pt催化劑均表現(xiàn)出了優(yōu)越的甲苯催化燃燒活性;其中，Pt/SDB催化劑，在反應(yīng)溫度為150℃的條件下即可實現(xiàn)甲苯的完全氧化，表明多孔的疏水載體不但可以抑制副產(chǎn)物的生成和積碳作用的發(fā)生，而且可有效地去除催化劑表面的水蒸氣，從而可大幅度改善催化劑的性能。

2Pd催化劑

與Pt催化劑相比，Pd催化劑有著更好的催化活性和穩(wěn)定性，且價格相對低廉;因此，Pd催化劑在VOCs催化燃燒領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。Huang等分別以Pd、Pt、Au、Ag和Rh為活性組分，γ-Al2O3為載體，采用浸漬法將制得的一系列負(fù)載型貴金屬催化劑用于鄰二甲苯的催化燃燒中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Pd/γ-Al2O3催化劑對鄰二甲苯的催化燃燒活性最高，160℃反應(yīng)溫度下，鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率高達(dá)90%，這與金屬Pd自身的性質(zhì)有著密切的關(guān)系。負(fù)載型Pd催化劑上Pd物種可能以單質(zhì)金屬和金屬氧化物的形式存在，研究發(fā)現(xiàn)其存在形式對催化劑的活性有著顯著的影響。鑒于Pd與PdO在低于180℃條件下，很難發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將Pd/TiO2催化劑分別進(jìn)行還原和氧化處理，使Pd物種分別以單質(zhì)Pd和PdO形式存在于TiO2上;將經(jīng)處理過的催化劑，在室溫條件下用于甲醛的催化氧化;結(jié)果發(fā)現(xiàn)被還原的負(fù)載型Pd催化劑對甲醛的催化活性較高，室溫條件下，甲醛的轉(zhuǎn)化率已達(dá)到100%，而此時甲醛在被氧化的負(fù)載型Pd催化劑上轉(zhuǎn)化率只達(dá)到18%;表明在負(fù)載型Pd催化劑上，單質(zhì)金屬Pd是VOCs催化氧化反應(yīng)的活性位點，對催化氧化反應(yīng)具有明顯的促進(jìn)作用。對于負(fù)載型Pd催化劑而言，金屬Pd的顆粒尺寸對催化劑活性也有著較大的影響。如Pd/Al2O3對鄰二甲苯的催化燃燒活性隨著Pd納米顆粒尺寸的增加而增加，當(dāng)Pd納米顆粒尺寸為7.68nm時，鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，160℃的條件下即可實現(xiàn)鄰二甲苯完全轉(zhuǎn)化。這是由于Pd-O鍵的鍵能隨著Pd納米顆粒尺寸的增加而有所削弱，從而可形成更多的活性氧物種;然而，Pd顆粒尺寸過大，會導(dǎo)致催化劑比表面積大幅度降低。因此，適當(dāng)增加金屬Pd的顆粒尺寸，可顯著提高負(fù)載型Pd催化劑的催化性能。

3Au催化劑

在催化領(lǐng)域，Au一直被認(rèn)為是催化惰性的;自從發(fā)現(xiàn)納米Au催化劑具有良好的CO催化氧化活性后，將Au作為活性組分的催化劑成為了人們研究的熱點。Scire等分別采用共沉淀法和沉積-沉淀法制備Au/CeO2催化劑，以異丙醇、甲醇和甲苯為目標(biāo)反應(yīng)物。通過考察制備方法對Au/CeO2催化劑活性的影響發(fā)現(xiàn)，通過沉積-沉淀法制備催化劑，Au物種與載體CeO2之間發(fā)生了強相互作用，削弱Ce-O鍵的鍵能，提高了表面活性氧的遷移速率，為VOCs催化燃燒反應(yīng)提供了更多得活性氧物種，使得通過該方法制得的Au/CeO2催化劑表現(xiàn)出更高的VOCs催化燃燒活性。負(fù)載型Au催化劑催化性能不僅受制備方法的影響，同時與制備條件密切相關(guān)。Jin等采用沉積-沉淀法制備了Au/TiO2催化劑的過程中，分別考察了Au負(fù)載量、沉積沉淀溫度和pH值等對催化劑性能的影響;結(jié)果表明在以KOH為沉淀劑，沉淀溫度80℃，pH=7.0以及Au的負(fù)載量為1.8wt%的條件下制得的Au/TiO2催化劑對甲醛的催化氧化活性最佳，室溫條件下甲醛的轉(zhuǎn)化率可達(dá)50%。Li等進(jìn)一步考察了Au負(fù)載量對負(fù)載型Au/FeOx催化劑活性的影響發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Au的負(fù)載量為7.10wt%時，Au物種在載體FeOx表面分散性最好;由H2-TPR分析結(jié)果可知，7.10wt%Au/FeOx催化劑具有良好的低溫可還原性能，可在較低的溫度下為催化燃燒或氧化反應(yīng)提供大量的活性氧物種，因此，該催化劑表現(xiàn)出了高的甲醛催化燃燒活性，80℃反應(yīng)溫度下，可實現(xiàn)甲醛完全轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。Au除了作為活性組分之外，還可將其作為助劑添加到催化劑中，對催化劑的催化性能具有明顯的促進(jìn)作用。例如將0.1wt%Au添加到Pd/CeO2催化劑中，發(fā)現(xiàn)活性組分Pd的分散性顯著提高，與Au/CeO2和Pd/CeO2催化劑相比，Au-Pd/CeO2催化劑表現(xiàn)出更優(yōu)越的甲苯催化燃燒活性;在180℃反應(yīng)溫度下，甲苯在Au-Pd/CeO2催化劑上即可實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。

4其它貴金屬催化劑

Qu等分別采用浸漬法和后接枝法制備Ag/SBA-15催化劑;通過對比發(fā)現(xiàn)后接枝法制得的Ag/SBA-15催化劑具有更高的甲醛催化氧化活性，在反應(yīng)溫度為100℃的條件下，甲醛可被完全氧化。這是由于Ag物種在后接枝法制得的Ag/SBA-15催化劑上，具有更好的分散性，且顆粒尺寸更小，且由HCHO-TPSR和HCHO-TPD研究可知，該方法制得的負(fù)載型Ag催化劑對甲醛分子具有更強的吸附和活化能力。Chen等考察Ag負(fù)載量對Ag/MCM-41催化劑活性的影響;由HCHO-TPD研究發(fā)現(xiàn)，隨著Ag負(fù)載量的提高，催化劑表面甲醛分子脫附溫度向低溫方向發(fā)生偏移，當(dāng)Ag負(fù)載量達(dá)到8wt%時，Ag/MCM-41催化劑具有最佳的甲醛脫附性能，從而表現(xiàn)出最高的甲醛催化燃燒活性，隨著負(fù)載量繼續(xù)增加，Ag顆粒發(fā)生了嚴(yán)重的團聚現(xiàn)象，比表面積下降，導(dǎo)致甲醛的脫附量急劇下降;因此，適當(dāng)?shù)腁g負(fù)載量，可使Ag/MCM-41催化劑對甲醛具有良好的低溫催化燃燒活性。Mao等發(fā)現(xiàn)采用浸漬法制得的Ag/α-Al2O3和Ag/SiO2對甲醛的催化燃燒活性存在較大的差異，由此得出，載體對負(fù)載型Ag催化劑性能同樣有著較大影響;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Ag/α-Al2O3催化劑對甲醛分子的活化能力更強，且催化劑表面形成的大量甲酸鹽物種，更有利于甲醛的催化燃燒。Ru作為重要的貴金屬催化劑之一，也被廣泛應(yīng)用于各類催化反應(yīng)中，如氨合成、NOX選擇性氧化以及逆水煤氣反應(yīng)等，但將其用于VOCs催化燃燒反應(yīng)的報道還相對較少。Mitsui等分別對Ru/CeO2、Ru/ZrO2、Ru/γ-Al2O3和Ru/SnO2催化劑，進(jìn)行H2還原處理之后，再用于乙酸乙酯、乙醛和甲苯的催化燃燒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過還原之后Ru/CeO2、Ru/ZrO2和Ru/γ-Al2O3催化劑上，Ru物種以單質(zhì)Ru的形式存在，催化劑中單質(zhì)Ru是催化燃燒反應(yīng)的活性位點，活性位點增多使得催化劑活性均顯著提高，而Ru/CeO2催化劑具有最佳的VOCs催化燃燒活性，歸因于Ru物種在CeO2載體上具有高的分散性;由于Ru/SnO2催化劑上Ru物種主要以RuO2的形式存在，且結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，導(dǎo)致還原之后的Ru/SnO2催化劑活性大幅度降低。因此，對負(fù)載型Ru催化劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可進(jìn)一步改善其催化性能;例如，Okal等以RuCl3為前驅(qū)體，制備Ru/γ-Al2O3催化劑;對制得的催化劑進(jìn)行H2還原和焙燒處理之后，可有效地去除催化劑表面Cl-，降低其對催化劑的毒害作用，提高Ru物種在載體表面上的分散性，從而顯著提高催化劑對丁烷的催化活性。

5展望

貴金屬催化劑表現(xiàn)出了較高的VOCs催化燃燒活性，但目前大部分研究主要集中在將其用于單一的VOCs催化燃燒;而實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，排放在空氣中的有機廢氣，種類繁多，成分復(fù)雜;因此，研究多組分VOCs的催化燃燒，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有重要的意義。