了解 CO 催化剂失活的六大原因及应对办法

了解 CO 催化剂失活的六大原因及应对办法

随着使用时间的增加，催化剂的活性和选择性逐渐变化，甚至逐渐失活。CO催化剂失活对于运行装置来说是一项额外的投资。CO催化剂失活主要有六种原因：结垢、结焦、中毒、气-固或固-固反应、热降解、碎裂和蒸汽化合物的生成。

中毒是指CO催化剂上杂质发生化学吸附，导致活性位点丧失。另外，引起中毒的物质的吸附系数大于反应物的吸附系数，使得反应物无法接近活性位点。CO催化剂的结构变化还可能是烧结引起的，烧结是由于CO催化剂表面发生副反应引起的，如碳质副产物覆盖在CO催化剂表面或堵塞CO催化剂的孔隙。

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CO催化剂失活的原因及对策

1. CO催化剂使用温度低

如果CO催化剂工作温度低于CO催化剂要求温度，VOCs或CO就容易在催化剂表面结焦（积碳），下图为极端情况，如果单独在催化剂表面发生积碳，建议将催化剂温度提高到350℃，在空气中处理4-24小时。

2. CO催化剂的超高温使用

如果在超高温下使用CO催化剂，CO催化剂表面活性组分（铂和钯）会发生团聚、颗粒长大，减少催化剂的有效活性位点，降低催化剂的活性。另外，高温会导致催化剂的比表面积下降，催化剂载体与助催化剂之间会发生固相反应，都会降低催化剂的活性。催化剂超高温使用导致的催化剂性能下降是不可逆的，因此在催化剂使用过程中必须避免超高温使用。

3. 粉尘对CO催化剂的影响

如果VOCs气体中含有粉尘，小颗粒粉尘很容易进入CO催化剂的微孔中，造成CO催化剂的性能下降，因此需要保证VOCs气体中粉尘含量比较低。如果大颗粒粉尘沉积在催化剂表面，可以用高压空气吹扫干净。

4.硅胶中毒

油通常指硅油，其中有机基团全部为甲基，称为甲基硅油。有机硅烷进入CO催化剂孔隙中发生反应，有机硅烷中的C元素转化为CO2，H元素转化为水，Si元素转化为SiO2。由于SiO2是固体，会残留在催化剂的微小孔隙中，堵塞孔隙，导致CO催化剂失活。而且这种失活是不可逆的。所以在处理VOCs时，一定要避免有机硅中毒。有机硅中毒也是不可逆的，一定要避免。

5.金属有机物中毒

金属有机化合物的中毒机理与有机硅相似。

6.P、F、Pb、Zn元素中毒

这些物质对CO催化剂的毒害机理目前还不清楚，我认为这些物质造成的毒害也是不可逆的。我做过实验，发现磷酸很容易使贵金属催化剂失活，但失活机理尚不清楚。

7.氯和硫中毒

关于Cl、S对CO催化剂的中毒，我认为S对CO催化剂中毒影响不大，只要Cl不是高浓度、长时间中毒，基本是可逆的。但当有含氯有机物存在时，含氯有机物在催化剂表面有强烈的吸附，会导致催化剂性能下降。在空气气氛（不含氯气）下，可将催化剂温度升至350℃，保持4-24小时，CO催化剂性能基本恢复。如果催化剂长时间、高浓度中毒，仍然会导致催化剂不可逆中毒。

CO催化剂的再生取决于失活过程的可逆性，如结焦过程是可逆的，而烧结是不可逆的。部分CO催化剂毒物可通过化学清洗、机械方法或氧化等方法去除。对于失活的CO催化剂，选择丢弃还是再生，主要取决于CO催化剂的失活速度和CO催化剂的价值。许多VOCs催化剂价格昂贵，且容易失活，因此CO催化剂的再生十分重要。

CO催化剂的再生方法主要有：热处理、压力变化、化学再生、等离子氧、臭氧注入、针板介质阻挡放电和射频等离子体。传统的热处理方法可以去除失活CO催化剂表面的碳酸盐，但该方法容易造成纳米颗粒的团聚。