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甲烷催化燃燒整體型催化劑研究進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間:2021-02-01 11:37

作者:王珂,林志嬌,江志東

1 前言

      隨著時(shí)代發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步,人們?cè)趯?duì)能源需求迅速增長(zhǎng)的同時(shí),對(duì)能源利用過程中的環(huán)境保護(hù)也提出了更高的要求。催化燃燒技術(shù)(catalytic combustion)由Pfefferle等在20世紀(jì)70年代提出的“氣相燃燒的多相催化過程”發(fā)展而來,是對(duì)傳統(tǒng)有焰燃燒(flame combustion)方式的改進(jìn)。

      在催化劑的作用下,甲烷燃燒反應(yīng)的活性能降低,在300~1000℃溫度窗口內(nèi)即可完成轉(zhuǎn)化,避免在大于1500℃高溫下進(jìn)行的有焰燃燒過程產(chǎn)生大量NOX和由此造成的酸雨、溫室效應(yīng)等污染。其次,催化燃燒反應(yīng)完全,燃燒效率高;而且受可燃物濃度限制較小,適用于低濃度(小于5×10-6)、低熱值氣體的利用。因其具有以上特點(diǎn),甲烷催化燃燒應(yīng)用前景廣闊。在能源工業(yè)中,高熱值的甲烷氣源經(jīng)過催化燃燒釋放熱能,其特點(diǎn)是甲烷含量高,反應(yīng)溫度在1000℃以上。H Sadamori總結(jié)了小型天然氣催化燃燒裝置的研究進(jìn)展。除此之外,催化燃燒技術(shù)也可用于含甲烷濃度低的低熱值氣源,如化工廠尾氣以及煤礦通風(fēng)管道氣的處理等。甲烷是一種溫室氣體,溫室效應(yīng)是CO2的25倍,不經(jīng)處理直接排入大氣會(huì)造成環(huán)境污染和能源浪費(fèi),因此低濃度甲烷催化燃燒技術(shù)在廢氣處理領(lǐng)域意義巨大。由于甲烷具有穩(wěn)定的正四面體結(jié)構(gòu)(C-H鍵鍵能413kJ/mol),起燃溫度高,是最難氧化的烴類,開發(fā)出高性能的CCM催化劑,可將其推廣應(yīng)用于其他可燃燒氣體如VOCS的燃燒凈化過程。

      由于催化燃燒技術(shù)滿足高效能、低污染利用能源的要求,受到各國(guó)研究者的關(guān)注。目前,CCM催化劑主要有貴金屬和非貴金屬兩大類。貴金屬系列以Pd為代表,負(fù)載在Al2O3、改性Al2O3、Si3N4等載體上。非貴金屬系列包括鈣鈦礦、六鋁酸鹽、燒綠石、金屬?gòu)?fù)合氧化物等。王軍威、嚴(yán)河清等人總結(jié)了近年來一級(jí)商用的幾種甲烷催化燃燒催化劑發(fā)展概況。本文著重介紹整體型催化劑在甲烷催化燃燒中的應(yīng)用。

      催化燃燒和廢氣處理過程一般在高溫、高空速下進(jìn)行,伴隨著強(qiáng)熱沖擊和粉塵,對(duì)催化劑宏觀結(jié)構(gòu)提出了新的要求。在這些場(chǎng)合,整體型催化劑往往是唯一的選擇。

      整體型催化劑有叫蜂窩催化劑,是具有規(guī)則的毫米級(jí)平行直通孔道的整塊催化劑。反應(yīng)流體在這些平行孔道中流動(dòng),催化活性組分被制成極薄的涂層(10μm-50μm)負(fù)載在孔道內(nèi)壁。也可將催化劑粉體直接擠出成型,用于反應(yīng)速率相對(duì)較低的場(chǎng)合,如乙苯脫氫制乙烯。用于高溫快速反應(yīng)的整體型催化劑一般由活性組分、助催化劑、分散載體和骨架基體四部分構(gòu)成,廠用的基體有陶瓷、堇青石、耐高溫的FeCrAl合金片等。相較于傳統(tǒng)的由顆粒隨即填充的催化床層,整體型催化劑床層壓降低,適用空速高;催化劑能夠以薄層涂覆在孔道壁上,催化劑利用率很高;熱傳導(dǎo)性好,耐熱沖擊;催化劑機(jī)械強(qiáng)度高,并且易與產(chǎn)物分離等。尤其適合于高溫、高空速下進(jìn)行的快速反應(yīng),如催化燃燒、尾氣凈化等。

2 甲烷催化燃燒整體型催化劑

2.1 負(fù)載貴金屬整體型催化劑

2.1.1 催化作用機(jī)理和特點(diǎn)

      大量研究表明,Pt系金屬(Pt,Pd,Rh)對(duì)甲烷催化燃燒活性最高。貴金屬甲烷催化燃燒的機(jī)理普遍認(rèn)為是:甲烷分子與氧分子吸附在貴金屬表面;甲烷解離成甲基或亞甲基,然后與吸附氧作用,完全氧化生成CO2和水,或者部分氧化生成吸附態(tài)的甲醛,中間產(chǎn)物甲醛不穩(wěn)定,迅速分解為CO和水。負(fù)載型Pd被認(rèn)為是活性最好的CCM催化劑,其低溫催化活性高,但高溫下易失活,并且易硫中毒。研究者對(duì)Pd失活原因做了大量研究,高溫下(750℃),PdO分解為Pd,而前者的催化活性大大高于后者; PdO晶粒的長(zhǎng)大也會(huì)導(dǎo)致催化劑的失活。

2.1.2 活性組分及第二載體涂覆方法

      活性組分Pd在整體催化劑基體或第二載體上形成薄催化劑涂層,有助于提高Pd在載體表面的分散度,抑制Pd晶粒長(zhǎng)大和燒結(jié),進(jìn)而提高催化劑的高溫穩(wěn)定性。含貴金屬的整體催化劑制備一般采用以下兩種方法:一是采用浸漬法或者沉淀沉積法將金屬活性組分負(fù)載到第二載體上(Al2O3、ZrO2、MgO等),然后將其涂覆到堇青石、金屬箔片等惰性基體上;二是先將第二載體涂覆到基體上,然后通過浸漬、沉淀等方法負(fù)載活性組分。兩種方法制備的催化劑在活性組分分散上有所區(qū)別,前者活性組分均勻分布在第二載體上,但部分活性位可能被包埋;或者活性組分容易富集在第二載體的表層。這兩種制備方法都被研究者廣泛采用。

2.1.3 助劑及第二載體對(duì)催化劑性能的影響

      為改善Pd負(fù)載型催化劑的催化性能,增強(qiáng)催化劑熱穩(wěn)定性,拓寬使用溫度范圍,研究者從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究(見表1):摻雜貴金屬、儲(chǔ)氧材料等給第三組分助劑來增強(qiáng)PdO的穩(wěn)定性;改性載體或?qū)Υ呋瘎┻M(jìn)行熱處理,以增強(qiáng)活性組分與載體,以及載體與基體的結(jié)合力。Pt、Rh等貴金屬本身有較高CCM催化活性,而且還與Pd形成合金,導(dǎo)致PdO的分解溫度升高,提高催化劑穩(wěn)定性。K Persson等利用浸漬法制備Pd-X/Al2O3(X=Co Rh Ir Ni Pt Cu Ag Au)二元活性組分催化劑,用甲醇作溶劑球磨制備漿料,涂覆于堇青石基體上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PdPt活性、穩(wěn)定性都較高;PdAg同樣具有很好的穩(wěn)定性,但活性不如PdPt,TEM研究表明Ag與Pd緊密接觸,起到合金同樣的穩(wěn)定PdO的效果。

表1 貴金屬負(fù)載型催化劑催化劑性能比較


項(xiàng)目

負(fù)載量,%

基體材料

空速/h-1

φ(CH4)%

T50/℃

穩(wěn)定性

Pd/Al2O3

5

堇青石

25000

1.5

640

易失活

PdPt/Al2O3

5

堇青石

25000

1.5

870

穩(wěn)定

PdAg/Al2O3

5

堇青石

25000

1.5

920

穩(wěn)定

PdPt/Ce-ZrO2

5

堇青石

25000

1.5

870

穩(wěn)定

PdPt/LaMn11O19

5

堇青石

25000

1.5

830

穩(wěn)定

Pd-LaMnO3/Al2O3

2.5

堇青石

32000

0.4

350

穩(wěn)定

Pd/Al2O3-ZrSiO4

2

FeCrAl

5800

1

360

穩(wěn)定

Pd/Al2O3-SiO2

2

FeCrAl

5800

1

360

穩(wěn)定

PdRh/Al2O3

2

FeCrAl

50

1

660

穩(wěn)定

PdPt/Al2O3

2

FeCrAl

50

1

620

穩(wěn)定

Pd-LaMnO2/Al2O3



FeCrAl

15500

1

500

穩(wěn)定


      CeO2、ZrO2作為儲(chǔ)氧材料,富氧條件下儲(chǔ)存氧、貧氧條件下釋放氧,為催化體系提供晶格氧,增加活性組分Pd還原性,抑制PdO高溫分解、減緩Pd晶粒長(zhǎng)大,有助于增強(qiáng)Pd負(fù)載型催化劑的熱穩(wěn)定性。 K Persson用上述方法制備Pd-Pt/X(X=Al2O3, LaMn11O19, ZrO2, Ce-ZrO2)整體催化劑,考察不同載體對(duì)催化劑性能的影響,指出Ce-ZrO2有很好的熱穩(wěn)定性。B Kucharczyk 運(yùn)用溶膠凝膠法在耐高溫的FeCrAl箔片上負(fù)載La2O3-SiO2、ZrSiO4改性Al2O3,然后浸漬活性組分Pd,通過與Pd/Al2O3樣品比較,研究表明La2O3-SiO2、ZrSiO4改性催化劑不僅提高了反應(yīng)活性,而且提升了高溫?zé)岱€(wěn)定和耐熱沖擊性能。

      研究表明,焙燒和熱處理工藝不僅影響活性組分的晶型結(jié)構(gòu),在晶體結(jié)構(gòu)中形成晶格缺陷、增加晶格氧;而且可以改變表面活性中心的分布與價(jià)態(tài),調(diào)節(jié)表面吸附氧的數(shù)量,從而影響催化性能。S Ciminor等受限在堇青石基體上涂覆La改性Al2O3,然后利用浸漬法負(fù)載Pd/LaMnO3活性組分,700~900℃在反應(yīng)氣氛下熱處理1h,使部分Pd進(jìn)入鈣鈦礦晶格,并形成固溶體結(jié)構(gòu),Pd以大于+2價(jià)的價(jià)態(tài)存在,增強(qiáng)了活性中心吸附氧的能力,提高了催化劑活性。實(shí)驗(yàn)證明,經(jīng)熱處理的催化劑樣品低活性是未處理樣品的2倍。熱處理擴(kuò)大了催化劑的溫度操作范圍,起燃溫度T10降低至270℃。同時(shí),1000℃下沒有明顯失活現(xiàn)象。B Kusharczyk在FeCrAl箔片上涂覆TiO2-La2O3改性Al2O3第二載體后,用漿料法涂覆La1-xPdxMnO3、LaMn1-xPdxO3(x=0.1,0.15)活性組分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Pd替代位置和焙燒溫度催化劑性能有很大的影響,La1-xPdxMnO3 活性優(yōu)于LaMn1-xPdxO3,這是因?yàn)長(zhǎng)a1-xPdxMnO3樣品中,Pd以高活性的PdO和PdO2形式存在;XPS研究顯示,≤800℃時(shí),隨著焙燒溫度的提高,樣品表面Pd/(Pd+La+Mn)增加,活性也隨之增加,但是850℃焙燒會(huì)導(dǎo)致Pd燒結(jié),活性下降。

2.2 鈣鈦礦整體型催化劑

2.2.1 催化作用理論和特點(diǎn)

      鈣鈦礦結(jié)構(gòu)可以用ABO3標(biāo)識(shí)(見圖1),A位為稀土元素,陽(yáng)離子呈12配位結(jié)構(gòu),位于由八面體構(gòu)成的空穴內(nèi);B位為過渡金屬元素,陽(yáng)離子與六個(gè)陽(yáng)離子形成八面體配位。鈣鈦礦型催化劑在中高溫活性高,熱穩(wěn)定向好,成本低。研究發(fā)現(xiàn),表面吸附氧和晶格氧同時(shí)影響鈣鈦礦催化劑活性。較低溫度時(shí),表面吸附氧起主要的氧化作用,這類吸附氧能力由B位置金屬元素決定;溫度較高時(shí),晶格氧起作用,不僅改變A、B位置的金屬元素還可以調(diào)節(jié)晶格氧數(shù)量和活性,用+2或+4價(jià)的原子部分替代晶格中+3價(jià)的A、B原子也能產(chǎn)生晶格缺陷或晶格氧,今兒提高催化活性。目前認(rèn)為,A=La、Sr, B=Fe、Co、Mn組成的鈣鈦礦對(duì)CCM催化效果最好。

圖1 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 制備方法對(duì)催化性能的影響

      鈣鈦礦型整體催化劑制備方法與負(fù)載Pd的整體型催化劑基本一致。活性組分的制備方法影響其晶型與顆粒大小,涂覆方法決定活性組分在基體上的分布,兩者對(duì)催化劑性能都有影響。

      Erik Elm Svensson等人用微乳劑制備高比表面積、納米級(jí)LaMnO3粉末,涂覆到堇青石基體上,T50=670℃,比浸漬法制備的樣品降低了50℃。L Fabbrini等利用火焰水解法(flame hydrolysis, FH)制備La0.9Ce0.1CoO3.5粉末,并將Al2O3與La2O3作為第二載體分別涂覆到堇青石基體上,樣品表現(xiàn)出良好的催化活性:440℃時(shí)甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%。

      L Fabbrini攝入研究了鈣鈦礦型整體催化劑制備過程對(duì)催化劑性能的影響。研究指出,在催化劑涂覆過程中,基體抽離漿料的速度與漿料固含量是決定催化劑性能的重要參數(shù),他們決定涂均勻性和活性組分分布,從而影響對(duì)催化活性劑穩(wěn)定性。作者進(jìn)一步將LaBO3(B=Fe, Mn, Co) 整體型催化劑與相應(yīng)粉末的催化性能對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩者活性相近,但粉末形態(tài)穩(wěn)定性更好。作者判斷,整體催化劑制備的球磨過程是活性組分表面改性造成穩(wěn)定性下降的原因。然而S Cimino等對(duì)比LaMnO3/Al2O3/堇青石、LaMnO3/MgO/堇青石整體催化劑與粉末樣品,得出整體型催化劑活性與穩(wěn)定性均高于粉末的結(jié)論,原因是活性組分在薄催化圖層上分散更為均勻。本文作者認(rèn)為,由于整體催化劑與粉末催化劑床層之間的溫度分布差別很大,這在高溫反應(yīng)體系中尤為明顯,導(dǎo)致兩者的反應(yīng)結(jié)果難以直接對(duì)比。

2.2.3 第二載體對(duì)催化性能的影響

      由于鈣鈦礦與堇青石、FeCrAl箔片基體的熱膨脹系數(shù)差異較大,而且兩者結(jié)合不牢固,涂覆層在高溫下易出現(xiàn)開裂和脫落,導(dǎo)致催化性能降低。為解決這一問題,研究者在惰性基體涂覆過渡層作為第二載體,以增強(qiáng)活性組分與基體間的結(jié)合力,同時(shí)促進(jìn)活性組分的分散,防止燒結(jié)。Al2O3具有比表面積大、漿料易涂覆、成本低等特點(diǎn),成為最常用的第二載體材料,但是Al2O3在高溫下暴露出以下幾個(gè)缺陷:容易與鈣鈦礦反應(yīng),破壞活性組分結(jié)構(gòu),形成低活性的LaAlO3、CoAlO2;高溫下本身易燒結(jié),比表面積減少迅速。于是研究者把注意力集中到Al2O3第二載體改性替代工作上(見表2)。

      L Fabbrini、I Rossetti等研究表明,La2O3用于La0.9Ce0.1CoO3.5材料與堇青石之間的第二載體,高溫穩(wěn)定性優(yōu)于Al2O3。作者進(jìn)一步指出La的硝酸鹽比醋酸鹽更適合做La2O3前驅(qū)體,因?yàn)長(zhǎng)a的硝酸鹽前驅(qū)體在焙燒過程中會(huì)形成La的堿式硝酸鹽,該物質(zhì)與基體、活性組分有更好的結(jié)合能力,其高溫分解得到的La2O3在基體上分布更均勻,結(jié)合更牢固。

      S Cimino等人利用共沉淀法將LaMnO2負(fù)載到Al2O3、MgO、ZrO2載體上,然后在堇青石基體上涂覆。測(cè)試結(jié)果表明:三個(gè)樣品有較高的CCM催化活性,其中MgO、ZrO2樣品的熱穩(wěn)定更好。這是由于MgO在1100℃表保持了70%的比表面積,并且沒有轉(zhuǎn)化為單斜晶體;ZrO2與催化劑活性組分有較強(qiáng)的結(jié)合力,避免了活性組分晶格Mn的流失。

表2 鈣鈦礦、六鋁酸鹽整體型催化劑性能比較

催化劑

負(fù)載量,%

基體

空速,

h-1

φ(CH4)%

T50 ℃

穩(wěn)定性

LaMnO3/ZrO2

20

堇青石

---

0.4

539

穩(wěn)定

LaMnO3/Al2O3

30

堇青石

---

0.4

532

失活

LaMnO3/MgO

20

堇青石

---

0.4

533

穩(wěn)定

La0.9Ce0.1CoO3.5/Al2O3

2

堇青石

---

0.5

488

失活

La0.9Ce0.1CoO3.5/La2O3

2

堇青石

---

0.5

459

穩(wěn)定

LaMnAl2O3

17

堇青石

100000

0.9

625

穩(wěn)定

LaCoAl2O3

17

堇青石

100000

0.9

720

穩(wěn)定

15LaaMnbAl2O3

75

擠出成型

42000

1

625

穩(wěn)定

      a:占第二載體質(zhì)量百分?jǐn)?shù);b:占總的基體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

2.3 負(fù)載六鋁酸鹽整體催化劑

2.3.1 催化作用機(jī)理和特點(diǎn)

      六鋁酸鹽結(jié)構(gòu)一般用ABAl11O19表示,從1980年開始被用作催化材料。其晶型中具有β-Al2O3或磁鉛石結(jié)構(gòu)單元,如圖二所示。獨(dú)特的層狀鏡面結(jié)構(gòu)抑制了焙燒過程中晶體沿C軸方向的生長(zhǎng),減緩了離子的擴(kuò)散,降低了燒結(jié)速度,保證了γ-Al2O3晶間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,六鋁酸鹽材料有很好的熱穩(wěn)定性;經(jīng)1000~12000℃高溫焙燒,任然能保持40㎡/g~80㎡/g的高表面積,大致為鈣鈦礦材料的10倍,所以廣泛地用于高溫催化反應(yīng)中。

      六鋁酸鹽在甲烷催化燃燒反應(yīng)的應(yīng)用已有大量報(bào)道。H Arial等人1988年首先利用金屬醇鹽水解的方法制備La、Mn六鋁酸鹽用于甲烷催化燃燒反應(yīng),有良好的高溫催化性能。研究發(fā)現(xiàn),通過摻雜Fe、Mn、Ba、Sr等元素,以及改進(jìn)制備方法等手段,可以進(jìn)一步提高六鋁酸鹽催化劑的氧化性能,增加晶格氧,保持高溫下的比表面積。

圖2 六鋁酸鹽結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2 六鋁酸鹽整體型催化劑制備及應(yīng)用

      用六鋁酸鹽制備整體型催化劑的方法一般有涂覆法與擠出成型法。涂覆法式將六鋁酸鹽粉末涂覆到空白基體或負(fù)載有第二載體的基體上,和貴金屬、鈣鈦礦整體型催化劑制備方法基本相同。擠出成型法是將六鋁酸鹽材料或前驅(qū)體與粘結(jié)劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、水以一定比例混合,通過特殊模具擠出形成具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的毛坯,最后經(jīng)過熱處理得到整體型催化劑。擠出成型的整體催化劑活性組分含量高、機(jī)械強(qiáng)度以及熱穩(wěn)定性好(避免了不同材料熱膨脹系數(shù)差異造成的開裂脫落問題),適合工業(yè)化大批量生產(chǎn),但材料的利用率有所下降,制適用于成本較低的催化材料制備。兩種方法都得到了廣泛的應(yīng)用。

      Anders Ersson,Katarina Persson等人利用共沉淀法制備LaMnAl11O19、LaCoAl11O19、LaMnO3、LaCoO3粉末,然后涂覆到堇青石基體上?;钚詼y(cè)試中,六鋁酸鹽樣品活性高于相應(yīng)的鈣鈦礦,其中LaMMMnAl11O19活性最高。Ryuji Kikuchi在耐高溫、低熱膨脹Al2O3-TiO2基體上涂覆第二載體Al2O3和活性組分Sr0.8La0.2MnAl11O19-δ。實(shí)驗(yàn)證明,Al2O3第二載體是熱膨脹系數(shù)相差很大的活性組分與基體緊密結(jié)合,增強(qiáng)了催化劑的熱穩(wěn)定性,并且使六鋁酸鹽在1200℃被稍后,成分保持穩(wěn)定,從而提高高溫下的催化活性。翟彥青等在FeCr金屬基體與LaMn2Al10O19活性層之間涂覆Al2O3第二載體層,提高了催化劑的熱穩(wěn)定性。E M Johansson、M Berga將LaMnAl11O19、Pd/LaAl11O19涂覆于堇青石基體,用于含甲烷的沼氣催化燃燒,表現(xiàn)出優(yōu)良的活性與熱穩(wěn)定性。

      Moon Hee Han 等報(bào)道用γ-Al2O3粉末上浸漬La、Mn制備六鋁酸鹽,直接擠出成型制備整體型催化劑。CCM實(shí)驗(yàn)表明:整體型催化劑比相應(yīng)的粉末活性高,調(diào)節(jié)晶格中La, Mn的比例能改善催化劑熱穩(wěn)定性。

      六鋁酸鹽整體催化劑因具有良好的高溫穩(wěn)定性,也被用于燃?xì)廨啓C(jī)中的催化燃燒反應(yīng),以降低NOX排放。H Sadamori等人用醇鹽水解制備Sr0.8La0.2MnAl11O19-δ六鋁酸鹽以及鈀-利率酸鹽復(fù)合催化劑,分別基礎(chǔ)成型為蜂窩整體催化劑。將其分級(jí)裝入以甲烷為燃料的催化燃燒渦輪機(jī),該裝置在485℃~1086℃軸向溫度梯度下穩(wěn)定運(yùn)行210h。在第一集采用Pd-六鋁酸鹽催化劑是為了能在低溫下起燃,起燃后系統(tǒng)溫度迅速升高,所以第二季采用高溫穩(wěn)定性更好的Sr改性LaMn六鋁酸鹽。兩級(jí)組合能揚(yáng)長(zhǎng)避短,達(dá)到最優(yōu)效果。

2.4 金屬?gòu)?fù)合氧化物整體催化劑

      研究表明過渡金屬以及金屬?gòu)?fù)合氧化物,如α-MnO2、Fe2O3-Ce2O3-MgO、MnO2-CeO2,經(jīng)高溫處理后,多以固溶體形勢(shì)存在,具有大量的晶格氧與表面吸附氧,并且金屬原子間相互作用力強(qiáng),對(duì)CCM有較高的催化活性。Fengxiang Yin, Shengfu Ji等人利用尿素燃燒法制備了一系列Ce1-xLaxO2-x/2、Ce1-xCuxO2-x粉末,將其涂覆到Al2O3/FeCrAl載體上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),改系列催化劑對(duì)CCM有較高的活性,這是由于在固溶體中Ce-La、Ce-Cu的像話促進(jìn)作用使得催化劑在反應(yīng)中失去的晶格氧能得到快速補(bǔ)充,從而提高了轉(zhuǎn)化率。雖然金屬?gòu)?fù)合氧化物催化劑的高溫穩(wěn)定性比鈣鈦礦和六鋁酸鹽要低,但具有價(jià)格較低的優(yōu)勢(shì)。而且經(jīng)過不斷改進(jìn),其活性與貴金屬催化劑的相近,因而也有廣泛的應(yīng)用前景。

3 前景展望

      甲烷催化燃燒是一種高效、綠色的能源利用和廢氣處理技術(shù)。整體型催化劑具有適用高控訴、催化效率高、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。兩者的結(jié)合對(duì)于能源工業(yè)和環(huán)境保護(hù)有極為重大的意義,有廣闊的發(fā)展前景,已在小型燃?xì)廨啓C(jī)中應(yīng)用。目前,甲烷催化燃燒技術(shù)面臨的核心問題是催化劑的低溫催化活性和高溫?zé)岱€(wěn)定性還不能滿足實(shí)際要求,限制了改技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。改問題的解決可望從以下幾個(gè)方面著手:

(1)改進(jìn)催化劑配方。有可能成功的方向是貴金屬與非貴金屬催化劑的復(fù)合,通過引入合適的助劑和采用特殊的處理方法,促進(jìn)兩者間的相互作用,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

(2)采用新的粉末制備方法。如微乳劑法、火焰噴射法、冷凍干燥等,制備出粒徑細(xì)小、成分均勻的活性粉體,增強(qiáng)其抗燒結(jié)、中毒性能。

(3)改進(jìn)第二載體,提高活性粉體分布的均勻性和熱穩(wěn)定性。

(4)引入新型基體結(jié)構(gòu),如采用金屬絲網(wǎng)載體,增強(qiáng)傳質(zhì)、傳熱性能,從而提高催化活性及穩(wěn)定性。

文章來源: https://www.renrendoc.com/p-34867271.html

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