PCDD/Fs等有機污染物具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，如在環(huán)境中呈現(xiàn)持久性、生物富集性和放大性。這類有機污染物可以在熱相關(guān)工業(yè)過程中(煉焦、電弧爐煉鋼、鐵礦石燒結(jié)、廢棄物焚燒、有色金屬生產(chǎn))非故意生成與排放。
NOx會導(dǎo)致酸雨、臭氧層破壞和氣候變化，而且還生成大量含氮有機顆粒物(上世紀(jì)美國南加州光化學(xué)煙霧的主要成分之一)。VOCs是形成霧霾天氣的二次有機氣溶膠的重要前體物之一，在光照條件下與NOx發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成O3及其他光化學(xué)氧化物。
而在垃圾焚燒行業(yè)中，NOx與二噁英的排放水平同樣不容忽視。調(diào)研結(jié)果顯示，測定均值1.0ngTEQ/m³的達標(biāo)率為78%。測定均值為0.1ngTEQ/m³的達標(biāo)率為43%。
近年來，生態(tài)環(huán)境建設(shè)上升至國家戰(zhàn)略高度，各項環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，PM2.5與氮氧化物的污染水平逐漸降低，但VOCs和O3在污染源中所占的比重卻穩(wěn)步上升，甚至可以說有增無減。業(yè)內(nèi)人士指出，在我國PM2.5防控初見成效，能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷改善的情況下，VOCs和O3的問題今后會越來越凸顯。
據(jù)中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員蘇貴金介紹，當(dāng)前我國大氣污染物的處置主流方法分為回收法與消除法。回收法的手段主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法和膜分離技術(shù)；消除法則主要有熱氧化、催化燃燒、光催化、生物氧化等。其中，催化燃燒是適用范圍最廣泛的治理技術(shù)。
催化燃燒可以使燃料在較低的溫度下實現(xiàn)完全燃燒，對改善燃燒過程、降低反應(yīng)溫度、促進完全燃燒、抑制有毒有害物質(zhì)的形成等方面具有極為重要的作用，是一個環(huán)境友好的過程，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)與日常生活的諸多方面。
作為催化燃燒的核心材料，催化劑研究與開發(fā)的重要性越發(fā)凸顯?，F(xiàn)有的催化劑仍以貴金屬催化劑為主，絕大多數(shù)為國外進口，價格高昂且資源稀缺，開發(fā)低成本、高效率的催化燃燒催化劑(貴金屬減量化、復(fù)合氧化物、非貴金屬催化劑)成為焦點之一。
眾所周知，非貴金屬催化劑低溫催化活性較低，表現(xiàn)在比表面積通常較低與活性元素選取及配比不合適。對此，蘇貴金研究員指出，可以合適選取元素種類，各元素之間配比優(yōu)化，進而構(gòu)造層狀結(jié)構(gòu)，提高活性氧含量，最終提高比表面積以及催化性能。
為此，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心深入開展了微納米催化劑在POPs控制方面的研究。據(jù)介紹，成型催化劑的工程要求看成“苛刻”，既要催化性能高、耐熱溫度高、價格便宜，還要求使用壽命長、催化劑抗中毒性能好。
根據(jù)工程要求，提升方向也就相對明晰了，大致包括：提高催化活性，抗燒結(jié)技術(shù)，貴金屬減量化技術(shù)，涂層耐久技術(shù)，抗中毒配方等。提升的途徑主要有兩個，分別是催化劑配方與成型工藝。
以脫二噁英催化劑為例，其成型流程為“活性組分配置→原料混合→原料陳腐→基礎(chǔ)成型 →一次干燥→二次干燥→煅燒→切割→組裝→性能測試”。在相應(yīng)的產(chǎn)品開發(fā)方面，泥料性質(zhì)(含水率、PH值，顆粒度，黏性、流動性、塑性等)是決定催化劑是否順利擠出成型的關(guān)鍵因素，經(jīng)過多次調(diào)整實驗，最終實現(xiàn)催化劑的順利擠出成型。
再從VOCs催化劑來說，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心從載體調(diào)控技術(shù)、活性組分形貌及高分散、成型機調(diào)控技術(shù)及配方4個方面重點攻關(guān)，推出非貴金屬催化劑。該VOCs催化劑以堇青石陶瓷蜂窩體為載體，負載稀土復(fù)合氧化物、過渡金屬氧化物等活性組分，活性組分的分散度高，表面均勻。
最后，無論是從能源利用角度還是從環(huán)境保護角度考慮，催化燃燒技術(shù)進步都會對社會發(fā)展產(chǎn)生重大影響。對催化燃燒技術(shù)的研究不應(yīng)只停留在理論及實驗室水平上，更具有現(xiàn)實意義的是應(yīng)該讓催化劑成為一種產(chǎn)業(yè)走進我們的生活。核心催化劑的研究，必將推動催化燃燒技術(shù)的進一步發(fā)展。
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