多组分VOCs催化燃烧反应特征研究进展

陈嘉文，孟庆洁，2，*，翁小乐，*，吴忠标

(1. 浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058；
2. 宁波大学 土木工程与地理环境学院，浙江 宁波 315211)

近年来，我国大气污染的区域性复合型特征凸显，以雾霾和大气氧化性增强为代表的环境问题日益突出，细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)污染逐渐成为制约我国空气优良天数指标改善的主要因素。“十四五”我国大气污染防治总体工作计划指出[1]，加强PM2.5和O3协同控制是实现生态环境根本好转的必由之路。挥发性有机物(VOCs)是形成O3和二次气溶胶的重要前体物[2]，针对VOCs的高效防控是实现我国PM2.5和O3协同控制的必要手段[3]。

我国人为源VOCs的产生和排放主要分为工业源、交通源和生活源，其中工业源排放占比超过50%[4]，主要包括石油炼制、煤炭加工与转化等VOCs原料的提纯精制过程，油类(燃油、溶剂等)的储存、运输和销售过程，涂料、医药、农药等制造业以VOCs为原料的生产过程，以及涂装、粘合、工业清洗等加工业VOCs产品的使用过程[5]。目前常用的VOCs控制技术有吸附法、冷凝法、热力焚烧法、催化燃烧法等，其中吸附法多用于处理低浓度且具有回收价值的VOCs，冷凝法和热力焚烧法适用于高浓度VOCs，而催化燃烧法因其能耗低、投资小、二次污染少等特点被广泛应用于低浓度、低热值VOCs的治理[6]。然而，现有的VOCs催化燃烧研究通常以单组分VOCs为处理对象，设计优化催化剂、探索催化氧化反应机理，但对于多组分VOCs间相互影响研究较少，更缺乏多组分反应的微观机制分析与普适性规律的探索与总结。

事实上，实际排放的工业有机废气往往是由多种VOCs混合气体组成，VOCs浓度低，波动范围大。通常，VOCs按元素组成可分为脂肪烃、芳香烃、氯代烃、烃类含氧衍生物等。各行业排放的VOCs种类和浓度不尽相同，往往表现出一定的行业特征。如石油炼制过程主要排放烷烃、烯烃、芳香烃类VOCs，并伴有低含量的醚类或酮类物质[7-8]；
制药行业以发酵类和化学合成类药物为代表，因其操作工艺中涉及提取、精制过程需要使用大量有机溶剂，VOCs的产生和排放量较大，以乙醇、乙酸丁酯、丙酮等含氧VOCs为主，伴有二氯甲烷、二氯甲苯等含氯VOCs(CVOCs)和以苯、甲苯为代表的芳香烃[9-10]；
染料加工过程中产生的VOCs种类复杂，以酮类和芳香烃为主[11]。即便是同一行业，不同生产单位、不同工艺或生产环节有组织排放的VOCs种类和相对浓度差异也相当明显[12]，这种波动的工况条件将显著影响VOCs催化燃烧反应过程及催化装置的稳定运行。因此，研究探索多组分VOCs催化燃烧过程的反应机制及催化剂构-效关系对工业有机废气高效净化具有重要的指导意义。

本文通过整理国内外多组分VOCs催化燃烧的相关研究，总结了多组分VOCs催化燃烧过程的反应特征，探讨了多组分VOCs催化反应行为及其与单一VOCs的反应差异，分析了多组分VOCs相互间作用规律及影响因素，以期为工业催化剂优化设计及工业有机废气高效治理提供思路。

多组分VOCs催化反应过程本质上与单组分反应类似，即反应底物吸附于催化剂表面发生一系列电子转移，并最终被氧化生成CO2、H2O等产物并从催化剂表面脱附。受VOCs种类、浓度、催化剂类型等因素的影响，参与催化反应的各底物间、反应底物与催化剂间的相互作用，往往表现出一定的“混合效应”。这种相互作用可具体分为单向干扰、相互干扰及相互独立。相关文献中多组分VOCs催化燃烧的作用规律总结如图1所示。

1.1 单向干扰

单向干扰是指在多组分VOCs催化氧化中，某一组分的存在可显著抑制或促进其他组分的反应活性，但自身活性几乎不受影响，其中较为常见的是单向抑制效应。

陶飞[13]的研究表明，苯的引入会降低氯苯在CeO2-MnOx催化剂上的氧化性，该抑制作用甚至超过H2O对氯苯氧化的影响。Ordóez等[14]研究了Pt/γ-Al2O3催化剂上苯、甲苯和正己烷3种VOCs两两混合时的催化反应，发现芳香烃对正己烷表现出明显的单向抑制作用。类似地，在Pt/γ-Al2O3催化剂上，Banu等[15]发现邻二甲苯严重抑制了环辛烷的氧化，且该抑制效应随邻二甲苯浓度的增加而增强，但环辛烷的存在并未影响邻二甲苯的氧化。此外，当双组分烷烃共同氧化时，若二者的反应性差异较大，则混合物中反应性较强的烷烃的催化活性基本不变，但另一组分的活性会显著降低。如甲烷和丙烷共同氧化时，甲烷氧化会被明显抑制，而反应性更强的丙烷的氧化几乎不受影响[16]。

当共存体系中伴有CVOCs时，类似的抑制作用也常出现，如Pt基催化剂在CVOCs存在的条件下易发生氯中毒而失活，进而影响其他共存VOCs的氧化，但这种抑制作用往往与催化剂本身的性质密不可分。Dong等[17]发现(如图2所示)，低浓度三氯乙烯(TCE)的加入会导致催化剂对甲苯的氧化活性显著下降，但该活性抑制程度在不同催化剂上存在一定差异，且掺杂适当的金属组分可有效削弱这种抑制效应。

图1 多组分VOCs催化燃烧的相互作用规律总结Fig.1 Summary of the law of interaction between catalytic combustion of multi-component VOCs

图2 不同催化剂上TCE对甲苯氧化活性的影响 (SV=40 000 mL/(gh))[17]Fig.2 Effects of TCE on the catalytic activity for toluene oxidation at SV=40 000 mL/(gh)[17]

需注意的是，当两种VOCs组分间产生强烈的单向抑制时会出现完全抑制现象，即某组分被优先氧化，待其完全反应后另一组分才开始被氧化。如Papaefthimiou等在[18]研究Pt和Pd两种负载型氧化铝催化剂催化燃烧苯-丁醇双组分时发现，只要反应体系中还有未反应完的丁醇，苯的氧化就无法进行；
一旦丁醇被完全消耗，苯的氧化会迅速恢复到单组分反应时的状态。甲苯和乙酸乙酯(EA)在Pt-Al2O3催化剂上的氧化也有类似现象，即甲苯在与EA的竞争吸附中占据绝对优势，当甲苯转化率达到100%后EA才开始被氧化[19]。

单向促进指一种组分的加入可提高其他VOCs分子的氧化活性，且其在多组分催化反应中的氧化活性并未被改变。如在隐钾锰矿催化剂上，乙醇处于高转化率时可微弱促进甲苯的氧化，且该促进效应随乙醇浓度的增加而增强[20]。在Xia等[21]研究的间二甲苯-EA二元体系中，EA的加入可有效促进间二甲苯的氧化，其自身氧化过程不发生改变。在以Al2O3为载体的催化剂中，二甲基甲酰胺的加入也可促进二氯甲烷的氧化[22]。

1.2 相互干扰

相互干扰是指多组分VOCs催化反应中，各组分的活性都与其单独反应时不同，这种现象在多组分VOCs氧化的“混合效应”中发生频次最高，一般表现为双向抑制。Santos等[20]发现，在隐钾锰矿催化剂上，甲苯与EA、EA与乙醇均会产生双向抑制作用，且EA受到的抑制作用更为显著。在γ-Al2O3负载铜、锰或铈的二元混合催化剂上，甲苯和丙烷的催化氧化总体表现为双向抑制作用，其抑制程度取决于催化剂的性质。其中，Ce基催化剂上的双向抑制最为明显，而在Cu-Mn催化剂上丙烷的氧化几乎不受抑制。该差异主要是丙烷与甲苯在各催化剂上的吸附性不同所致[23]。

少数情况下，相互干扰会表现为双向促进或一方被促进另一方被抑制。如在La基钙钛矿催化剂上，当低浓度甲苯和甲基乙基酮(MEK)以适当的浓度比例共存时，二者的催化燃烧呈现双向促进作用[24]；
在Au-Pd/α-MnO2纳米管催化剂上，EA与间二甲苯共同氧化时，EA可促进间二甲苯的氧化，但EA的反应被抑制[21]。

1.3 相互独立

在多数情况下，多组分VOCs共同氧化时易产生干扰效应，其中以抑制作用为主，少数表现出促进作用。然而，多元VOCs反应体系中的各组分也存在互不影响的情况，但较为少见。Soares等[25]在隐钾锰矿催化剂的相关研究中发现，当EA和乙酸丁酯以等比例共存时，混合VOCs的氧化效率与其单独反应时类似，表明二者间相互影响较小。

与单一组分催化反应原理类似，多组分VOCs的催化氧化同样涉及反应物吸脱附、催化剂构效影响和反应路径变化3个重要部分。因此，影响多组分VOCs“混合效应”可主要通过上述3个方面来阐释。

吸附是气固相反应的重要过程，通常VOCs吸附性能越好则氧化活性越佳，而反应组分和催化剂的性质很大程度上决定了各组分VOCs在催化剂上的吸附性能。VOCs各组分间的竞争吸附、其与活性氧物种的竞争吸附等行为可显著影响多组分VOCs催化氧化的过程与行为。多组分VOCs的反应过程由于体系组成复杂，往往存在不同的反应阶段，涉及反应热、反应终(副)产物、其他组分(如水蒸气)、氢供体等的变化，反应体系热能提升、表面氯脱除等过程也会显著影响多组分VOCs的氧化反应过程(如图3所示)。

图3 多组分VOCs催化燃烧影响因素Fig.3 Factors affecting the catalytic combustion ofmulti-component VOCs

2.1 反应物的影响

2.1.1 VOCs的结构和性质

VOCs的结构和性质是决定其在催化剂表面吸附性能的内在因素。Kim等[26]在锰基催化剂的相关研究中发现，甲苯和苯的氧化在二者共存时表现为相互抑制，且甲苯对苯的抑制作用更为显著，作者将该现象归因于甲苯在二元混合体系中比苯更易吸附于活性位点。Wang等[27]利用多组分VOCs吸脱附实验分析了甲苯在CuO/γ-Al2O3催化剂上抑制正己烷氧化的原因，发现甲苯的脱附量高于正己烷，具有更强的吸附性，故其对正己烷的抑制作用主要源于二者在催化剂表面的竞争吸附。Pina等[28]借助原位DRIFT研究发现，在Pt/γ-Al2O3催化剂上，甲苯可单向抑制与其共存的MEK的氧化，且甲苯浓度越高该抑制作用越明显，其原因是甲苯会与MEK竞争吸附于Pt活性位点。除上述苯系物外，Schick[16]认为，烷烃混合物中丙烷对甲烷的单向抑制作用也同样源于两种烷烃的竞争吸附，而丙烷在较低反应温度下吸附性更强。

Irusta等[24]发现，在镧基钙钛矿催化剂上甲苯与MEK间呈现双向促进作用。其中，甲苯对MEK氧化的促进作用与其浓度无关，而MEK对甲苯的促进作用则与其浓度相关，即甲苯转化率较其单独氧化时的提高程度随混合体系中MEK浓度的升高而增大。作者发现，甲苯与MEK同时参与反应可以显著增强二者在催化剂表面的吸附，尤其是甲苯的吸附代替了部分MEK在还原性位点上的吸附，从而增加了MEK在氧化位点上的吸附，促进了MEK的氧化。

具体而言，VOCs分子的极性是影响吸附行为的重要影响因素之一。Xia等[21]指出，极性分子在Au-Pd/α-MnO2催化剂上更易被吸附，含羰基的极性分子EA和丙酮均具有较强的吸附性，故当二者共存时未出现由竞争吸附导致的抑制作用，甚至EA会略微促进丙酮的氧化。俞丹青等[29]指出，苯的氧化之所以会受到甲苯的显著抑制，是因为甲苯的甲基侧链增强了分子极性，使其更易被吸附于催化剂表面，在与苯共存时可占据更多的吸附位点。Wang等[30]发现，由于丙酮比甲苯的极性更强，更易被吸附于催化剂表面，二者的竞争吸附导致多组分反应活性下降，但二者的共存并不影响各自的活化与氧化路径。

反应组分的空间构型和电子密度也同样会影响VOCs的吸附过程。Beauchet等[31]的研究表明，NaX分子筛上邻二甲苯对异丙醇的催化氧化具有单向抑制作用，主要是由于邻二甲苯优先吸附在NaX超笼的孔附近，限制了异丙醇进入超笼中，从而抑制了异丙醇的吸附与活化。尤其在含水条件下，邻二甲苯的吸附性更强，其抑制作用更明显(如图4)。类似地，在Pt/Mn/B(陶瓷)催化剂上甲苯、间二甲苯均可抑制氯仿的氧化，这也是由于芳香族化合物的空间效应阻止了氯仿在催化剂表面的吸附所致[32]；
而MEK中对氯仿的单向抑制作用则主要因其氧原子易与催化剂中的金属原子键合而更易吸附，从而阻止了氯仿在活性位点Mnn+上的吸附[32]。Feng等[33]同样发现，在Pt-Cu/Mn 上甲苯对异己烷氧化的抑制作用主要源于甲苯的高电子密度使其更易被吸附于催化剂的活性位点，而异己烷对甲苯的影响很小。在Pt/HFAU催化剂上，作者也将邻二甲苯单向抑制甲基异丁基酮的现象归因于双甲基侧链的存在提高了邻二甲苯苯环上π电子密度，使其更有利于在金属活性位上吸附[34]。

注：α超笼结构中的球体代表Na+图4 有水条件下(50 ℃)异丙醇和邻二甲苯在NaX沸石催化剂超笼结构中的分子吸附模型[31]Fig.4 Molecular model of o-xylene and isopropanol adsorption in a supercage of NaX zeolite in presence of water at 50 ℃[31]

除上述多组分VOCs间由于结构和性质差异所造成的竞争吸附外，多元VOCs混合反应也会发生VOCs分子与活性氧物种间的竞争吸附。Burgos等[35]通过程序升温吸脱附实验发现，尽管异丙醇在Pt/Al2O3/Al上的吸附性依次高于MEK和甲苯，但其氧化过程在甲苯-MEK-异丙醇三元混合物中被显著抑制，表明VOCs对吸附位点的竞争并非导致该“混合效应”的主要原因。从反应机理的角度分析，遵循E-R反应机理的MEK与甲苯对遵循L-H机理的异丙醇的抑制作用主要源于VOCs与活性氧物种间的竞争吸附。类似地，对于环辛烷-邻二甲苯混合体系在Pt/γ-Al2O3催化剂上的氧化反应，环辛烷所受的抑制作用主要源于VOCs分子与Pt上吸附的氧原子的竞争。双甲基侧链结构使得邻二甲苯被强烈吸附在Pt表面，进而抑制了氧分子的吸附；
由于邻二甲苯与环辛烷的反应机理涉及相同的反应位点，且邻二甲苯在催化剂上的吸附性更强，因此，只有当邻二甲苯被大量消耗后，环辛烷才能参与反应[15]。

2.1.2 各组分VOCs的相对浓度

一般而言，当存在竞争吸附时，多组分VOCs反应中受抑制的组分，其抑制效应会随共存VOCs的相对浓度的增加而增强，如Pt/γ-Al2O3催化剂上邻二甲苯对环辛烷的单向抑制[15]。类似地，当组分中受抑制组分的相对浓度升高时，其被抑制效应也会有所削弱甚至消失。如Dryakhlov等[36]发现，当环辛烷、正戊烷、对二甲苯三者共存时，环辛烷显著抑制了对二甲苯的氧化，但随着对二甲苯浓度的升高，该抑制效应逐渐消失。不同的是，Antonella等[37]在研究Mn基或Cu-Cr基催化剂上富氢烃类物质正己烷与甲苯对CCl4氧化影响时发现，低温(150～250 ℃，高温下因转化率高区别不明显)条件下极少量烃的引入能够为CCl4脱氯形成HCl过程提供氢质子，从而增强CCl4的转化，但当烃类物质的浓度增加时反而会降低CCl4的转化率。可见，多组分VOCs相对浓度变化所造成的影响不仅与其在催化表面的竞争吸附相关，也与其反应产物相关。

2.2 催化剂的影响

2.2.1 催化剂的载体、活性组分和氧化/酸性位点平衡

催化剂的组成、结构和反应性能之间的关系(即构-效关系)是催化基础研究的重点。即便是对于相同的混合反应物体系，其在不同的催化剂上的相互作用也可能完全不同。韩高瑞的研究表明[38]，对于MEK与EA的混合体系，在Pt-Pd/γ-Al2O3催化剂上，MEK的氧化被抑制，而EA的转化则被促进；
但在Mn-Ce-Zr催化剂上，二者的活性与各组分单独氧化时并无明显差异。类似地，在TiMnCe催化剂上发生竞争吸附的甲苯-苯双元体系，在PdY催化剂上的表现却完全相反，即一定量强吸附性甲苯的加入却促进了苯的转化。这可能是因为甲苯的电离能(8.82 eV)低于苯(9.24 eV)，体系中的甲苯有利于将催化剂中Pd(Ⅱ)转化为活性相Pd(0)团簇，进而提高了苯的氧化效率[39]。

Zhang等[40]的研究表明，1,2-二氯乙烷(DCE)的引入会引起苯在Pt基催化剂上的氧化活性降低，且该抑制作用主要归因于DCE与苯在催化剂表面的竞争吸附，但在不同的催化剂上表现出的抑制程度有所差异。在PtW/Al2O3-2及PtMo/Al2O3-2上，DCE对苯氧化产生的抑制作用明显弱于Pt/Al2O3，这主要是因为W或Mo的掺杂可提高活性组分金属Pt的稳定性，从而减弱含氯VOCs引入体系后导致的催化剂氯中毒。相似的实验结果在TCE-甲苯混合反应体系中也有报道[17]。研究者发现，适当的金属组分掺杂可有效削弱TCE对Pt催化剂的毒化作用，从而保持甲苯的氧化活性。在Gao等[41]的研究中，Pt3Sn/CeO2和Pt3Sn(E)/CeO2(E表示盐酸刻蚀)上TCE对邻二甲苯氧化的抑制作用明显小于Pt/CeO2(其吸附机理如图5所示)，且Pt3Sn(E)/CeO2上TCE引起的部分失活是可逆的。Pt3Sn(E)/CeO2上邻二甲苯的氧化表现出优异的稳定性和耐TCE性，主要归因于催化剂中高电负性的Pt为VOCs吸附和氧化提供了活性位点，而相邻的Sn-O结构富含Brønsted酸(B酸)和Lewis酸(L酸)，促进了含氯VOCs与H质子结合脱氯，从而维持了Pt的氧化活性。

图5 邻二甲苯和TCE在Pt/CeO2和Pt3Sn(E)/CeO2催化剂上的吸附机理[41]Fig.5 Mechanisms of o-xylene and TCE adsorption on Pt/CeO2 and Pt3Sn(E)/CeO2 catalysts[41]

Yu等[42]对磷钨酸改性后的Ru/TiO2对1,2-DCE或1,2-DCE+甲苯的氧化进行了研究(如图6所示)，发现B酸位的增加能够提高1,2-DCE在催化剂上的吸附能力，并抑制Cl2的形成；
HPW的引入极大地促进了甲苯的吸附，且对1,2-DCE+甲苯的双组分氧化中1,2-DCE的吸附没有影响，但过量吸附的甲苯会覆盖催化剂的活性位点，使混合反应中1,2-DCE的转化率下降。

图6 1,2-DCE和甲苯在Ru/TiO2和Ru/HPW-TiO2上的吸附模型[42]Fig.6 Adsorption models of 1,2-DCE and tolueneon Ru/TiO2 and Ru/HPW-TiO2[42]

2.2.2 催化剂活性组分的结构尺寸

催化剂活性相的尺寸同样会影响多组分VOCs的反应过程。Wang等人[30]研究了甲苯-丙酮二元混合物在不同Pt粒径负载的TiO2纳米片上的反应，发现双组分反应的抑制作用主要源于其在催化剂上的竞争吸附，且Pt尺寸小的催化剂上该抑制效应更弱。Grbic等[43]研究了正己烷和甲苯在两种不同Pt粒径负载氧化铝催化剂上的反应，均观察到双向抑制效应，并认为该抑制作用主要源于二者在同一活性位点上的竞争吸附。通过吸附常数比计算，作者发现，在小尺寸Pt催化剂上正己烷的吸附性比甲苯强，而在大尺寸Pt催化剂上则相反。上述吸附行为差异主要源于VOCs电子和空间结构的不同。具有更高电子密度的甲苯更易吸附于大尺寸Pt表面，而在小尺寸Pt催化剂上，甲苯因受空间位阻作用难以吸附。

2.2.3 多组分VOCs催化剂的优化设计

根据上述催化剂构-效关系分析，适当地对催化剂的成分、结构进行调控和设计，可实现更高效的催化效用。例如，通过载体、金属掺杂等方式调节催化剂表面酸性位点、利用活性相尺寸效应等以控制不同VOCs在其上的吸附能力，或制备具有择形效应的催化剂以选择性地控制目标VOCs与催化位点的结合，可削弱VOCs分子间竞争吸附对多相催化反应造成的负面影响。此外，由于不同VOCs催化反应吸附-活性中心的可能存在差异，基于实际烟气条件对单组份优选催化剂进行组合优化，或构建多活性中心催化剂，也可有效提升催化剂对多组分VOCs的催化性能。如张杨飞等[44]在甲苯-EA体系的催化燃烧中发现，当双组分VOCs的组成比例与对应单组份优选催化剂混合比例一致时，该组合催化剂的催化效率最高；
Sanz等[45]考察发现，甲苯和EA的氧化分别发生在Pt位点和锰氧化物位点上，因此同时具备双活性中心的Pt/OMS-2催化剂在甲苯-EA双组分催化燃烧中性能最佳。

2.3 反应过程的影响

2.3.1 反应放热导致催化剂表面温度升高

多组分VOCs在催化剂上的氧化反应通常存在先后顺序，优先反应的VOCs氧化放热易导致催化剂表面的局部温度升高，从而促进其他组分VOCs的氧化。在Xia等[21]研究的间二甲苯-EA二元体系中，由于EA更易于吸附在催化剂表面而优先反应，其完全氧化放热导致催化剂表面温度升高，间接促进了间二甲苯的氧化。氯仿在与其他组分(MEK或甲苯或二甲苯)共存时，其氧化易受到显著的单向抑制，但在四元组分VOCs氧化中，氯仿的氧化活性甚至高于其单独反应时。造成这一现象的原因可能同样是其他组分VOCs氧化放热所导致的催化剂局部反应温度升高[32]。在类似的烃类-氯代烃混合体系中，烃类对氯代烃的单向促进作用也可能归因于烃类优先氧化引起的催化剂表面温度升高，其通过热能或水分含量的增加，促进催化剂表面氯的脱除，进而加速氯代烃的氧化。该促进作用通常取决于非氯代有机物被氧化的难易程度，一般情况下按照含氧有机物>烯烃>芳香烃>烷烃的顺序依次降低[46-47]。

王丽间[48]比较了不同装填方式的MnCe0.125/cord和CrMn0.25/Al2O3组合催化剂对EA-二氯乙烷混合体系的催化性能，发现采用氧化EA优势的催化剂MnCe0.125/cord首先填放、氧化二氯乙烷优势的催化剂CrMn0.25/Al2O3后填入方式，双组分VOCs的催化燃烧温度T90有一定降低，可能是由于该填充方式使得EA优先氧化放热，提高了床层温度，从而促进了双组分VOCs的氧化。

2.3.2 水蒸气或反应终(副)产物的影响

反应气氛中水蒸气在大多数情况下是非氯代烃VOCs催化氧化的抑制剂。在有水条件下，苯-EA混合体系中，苯的氧化过程受到抑制，而EA在酸性位点上的水解或分解会被促进，但发生在金属氧化位点上的深度氧化过程则受到抑制，使得EA的出口浓度有所降低，但中间产物浓度升高[19]。

混合VOCs各组分的氧化产物也可能是影响其催化反应的重要因素。Aguero等[49]观察到在Mn/Al2O3催化剂上EA单独反应时的氧化活性大于甲苯，且在甲苯开始转化前EA已被完全氧化。理论上，当二者共存时，甲苯的转化率不会受到EA的影响，但事实上，EA的存在却抑制了甲苯的氧化。作者认为该抑制作用可能是进料VOCs总浓度较高造成的，其中EA完全燃烧生成的CO2和H2O是甲苯催化氧化被抑制的重要原因。对于氯代烃而言，混合物料中的烃类氧化所产生的H2O往往可加速其表面的氯以HCl的形式脱除，抑制多氯产物和Cl2的产生[47]。然而，即便是同样能够起供氢作用的富氢VOCs，其结构不同也会对反应过程造成影响。如对比引入相同氢含量的甲苯和正己烷对CCl4的影响可以发现，甲苯的促进效果更佳，这是因为甲苯的C—H键强度低于饱和直链烃，更易断裂形成H2O供氢[37]。

此外，王丽间[48]研究发现，EA的加入促进了二氯乙烷的转化，但该促进效应并非由EA反应产生的H2O带来的，而是与富氢的EA在反应过程中产生的活泼氢有关。后者一方面可促使二氯乙烷的反应平衡正向移动，另一方面能有效防止催化剂上的活性组分流失。在NaX分子筛催化剂上，研究者也发现邻二甲苯的引入可抑制异丙醇的氧化。异丙醇氧化中间产物丙烯的含量增加，表明邻二甲苯占据了异丙醇及丙烯的深度氧化活性位点，该中间产物的累积进一步抑制了异丙醇向丙烯的转化，从而抑制了异丙醇的完全氧化[31]。

多组分VOCs间的“混合效应”显著影响了催化燃烧过程的反应物吸附与氧化，具体表现为VOCs分子间及其与活性氧物种间的竞争吸附，导致多组分反应活性改变，催化剂局部反应温度升高，反应中间物种累积等。多组分VOCs共存时的相互作用特征通常表现出单向干扰、相互干扰或相互独立等多种形式，其反应行为受VOCs性质、结构和相对浓度，催化剂组成和活性相尺寸等因素影响显著。相比于单组分VOCs的催化燃烧反应，多组分VOCs的反应更为复杂，对催化剂的设计要求更高。然而，现有针对多组分VOCs催化燃烧的研究多集中于“混合效应”的特征总结和表观层面反应机制解析，缺乏从分子、原子等微观角度对反应过程中底物和催化剂变化进行探索。因此，亟需通过原位XPS、Raman等现场表征手段对多组分VOCs在催化剂表面吸附/反应位点变化、分子断键/成键过程以及催化剂构-效关系深入探析，为实际工业有机废气催化燃烧催化剂的设计与优化提供理论指导。

关于多组分VOCs催化燃烧的未来研究展望：

(1)工业废气中的VOCs种类、相对浓度与行业类型、产品成分及生产工艺等因素息息相关，明确不同企业、不同工段的排放特征，确定多组分VOCs催化燃烧的混合效应，以获得重点行业多组分VOCs催化燃烧的反应规律，对指导实际工业废气多组分VOCs高效催化治理具有重要意义。

(2)为满足实际应用需求，未来应致力于广谱型催化剂的研发，明确多组分VOCs在不同催化剂上的反应规律，并基于现有催化剂配方与实际进口VOCs组成，调整工业催化剂配方与活性相结构，从而构建出多活性中心的高效多组分VOCs催化剂体系。

(3)实际工业废气中除含有多组分VOCs外，还富含水汽与其他杂质。在多组分VOCs催化燃烧研究中仍需深入探索废气中其他杂质的干扰机制，以提高催化剂在复杂反应条件下的适用性及使用寿命。

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