本技术涉及催化氧化挥发性有机化合物(VOCs)领域,特别是一种利用静电场与钨铈催化剂协同作用,在低温条件下高效催化燃烧氯代烃的方法。该技术通过非法拉第静电场的引入,显著提升了钨铈催化剂的活性,实现了氯代烃的低温催化燃烧,具有环保和节能的双重优势。
背景技术
含氯挥发性有机化合物(CVOCs)因其难降解性和致癌性,给环境和健康带来了显著风险。催化燃烧(氧化)是CVOCs净化的关键方法,依赖于高效且稳定的催化剂。氧化铈(CeO2
)因其有利的Ce3+
/Ce4+
氧化还原循环、丰富的氧缺位,以及其4f轨道在CVOCs吸附和C–Cl键活化方面的辅助作用,而被广泛应用于CVOCs的氧化。然而,CeO2
仍然面临一些挑战,例如由于氯(Cl)吸附导致的失活、低温条件下氧气(O2
)活化能力较弱,以及水(H2
O)的竞争性吸附。先前的研究表明,使用铂(Pt)等贵金属的负载可以增强CeO2
在低温下的活性,但贵金属容易发生氯中毒。引入分子筛,如HZSM–5,可以提高抗氯性,但会覆盖CeO2
的氧化还原位点。使用如磷(P)等非金属元素进行改性可以降低水的吸附量,但无法完全防止由于水竞争吸附而导致的失活。因此,为了进一步提升低温催化燃烧CVOCs的综合性能,Ce基催化剂技术仍需要改进。
除了对催化剂材料本身改性外,近年来,外场助力(光热耦合、电场/磁场/等离子体协同等)并强化纳米催化剂性能已成为非均相催化领域的一个研究热点。这些方法提高了挥发性有机化合物(VOCs)的催化净化效率,但仍面临一些挑战,如有效利用光子能量以及最小化等离子体产生的臭氧和氮氧化物等。目前,电场辅助催化因其操作条件简单、反应温和、显著的反应速率提升和改善的选择性而受到关注,已被应用于电催化、湿式氧化和甲烷重整等领域。在电场中,电荷迁移改变了催化剂表面的电子密度和价态分布,从而影响了吸附物与催化剂表面之间的相互作用。因此,电场下的吸附特性变化会影响反应的活化能和反应路径,从而改变宏观反应性能。这些效应在极性反应体系中尤为显著,例如甲醇合成、含水或极性芳香烃的反应以及金属/金属氧化物催化剂体系。研究表明,在非极性VOCs(如苯)催化氧化中,电场能够改变反应路径并显著增强低温活性。但是,目前,关于电场辅助低温催化氧化氯代烃(CVOCs))的研究仍然比较稀缺。
实现思路