低溫處理含氯揮發性有機物及 PCDD/PCDFs 觸媒

儘管deNOx金屬活性觸媒之擔持物似乎以Mn, Ce擔持在TiO2上效果最 佳，但該類觸媒於低溫處理PCDDs/PCDFs或是其前驅物如氯酚類之化合物 上之研究較為有限，此外利用SCR觸媒同步處理NOx與PCDDs/PCDFs或其 前 驅 物 之 研 究 一 般 多 為 使 用 釩 鈦 類 觸 媒 。Wielgosinski et al.(2007)以 V2O5-WO3/Al2O3-TiO2 觸媒處理二氯苯 (1,2-dichlorobenzene)，其顯示在T=

250℃, 8200 hr^-1之測試條件下，可達成80% 之破壞效率。Yang et al.(2008) 利用V2O5/TiO2釩鈦系觸媒，發現在280°C、5000 hr^-1之空間速度下，可以對 PCDDs與PCDFs分別達到84%和91%之破壞效率。

Hetrick et al.(2008) 以 3.6 wt.% 之 V2O5 ( 前 驅 物 為 Ammonium metavanadate (NH4VO3))，利用含浸法(impregnation)塗敷在預先以500°C煅燒 過之TiO₂ (85 m²/g, anatase)上，其在250°C、SV=53,000 cm³ g^-1 h^-1時，氯酚之 轉化率為80%，270°C時則可以達到100%。Taralunga et al.(2007)則是以1.2%

PtHY之貴金屬沸石觸媒處理二氯酚，其需在350°C以上，才能得到較佳之破 壞效率。Khaleel and Al-Nayli (2008)探討Fe金屬觸媒於處理氯苯之效果，結 果 顯 示 以 sol gel 製 備 之 Fe-Ti-oxide 比 直 接 混 合 TiO₂, Fe2O3粉 末 或 nano-α-Fe2O3好，其在325°C下可以得到約95%之轉化率。

Albonetti et al. (2008)於釩鈦系之觸媒研究發現，Bronsted 酸是造成二氯 酚轉化之主要活性基，但其並無法完全氧化成終產物，相對的，Lewis酸提 供吸附主要位置，也因此加強了中間產物近一步生成CO或CO2。本研究室 先前之研究(Lin and Bai, 2003)顯示，Lewis酸主要存在於TiO2的擔體上，而 Bronsted酸則是由觸媒表面所添加的V2O5所貢獻，也因此Bronsted酸是隨著 V2O5含量增加而增強。由此可知，觸媒擔體與金屬觸媒本身於催化戴奧辛 與其前驅物上，都扮演著重要之角色。

Wang et al.(2008)研究群之一系列研究、Inoue et al.(2001)以及Liu et

al.(2001)之研究為少數文獻上以Mn金屬觸媒低溫催化含氯揮發性有機化合 物者。Wang et al.(2008)以sol-gel方法，混合Ce, Mn之前驅物（硝酸鈰、硝 酸錳）製備得CeO2與MnOx之混合金屬氧化物，在SV=15000h^-1, O2=10%, CB (氯苯)=1000 ppm之條件下，發現Mn與Ce之混合比對催化效果影響相當大，

在Mn/(Ce + Mn) 前驅物混合比為 0.86時，其對 CB有最佳之催化效率( 236

℃, 90%)。

Inoue et al.(2001)之研究發現，將Fe/MnOx擔持在TiO2上，在170℃、

5000h^-1之測試條件下，可以得到92%之戴奧辛處理效率，但在同樣測試條件 下，以V2O5/WO3觸媒擔持在TiO2上僅能得到83%之處理效率。但其在9000h^-1 之條件下時，Fe/MnOx觸媒對DCB(二氯苯)之處理效率在180℃下之轉化率 則僅有不到30%之破壞效率。Liu et al.(2001)比較Mn金屬氧化物擔持在不同 之擔體上對氯苯之催化效率，發現在350℃下以MnOx/TiO2–Al2O3之催化效 果最好，其觸媒可得到95%之氯苯催化氧化效率。但在不同溫度下，不同的 擔體效果各異，在350℃時之活性順序為MnOx/TiO2–Al2O3 >MnOx/TiO2

>MnOx/Al2O3，但在250°C下，則是以MnOx/TiO2之效率最好，其活性順序為 MnOx/TiO2 >MnOx/Al2O3 >MnOx/TiO2–Al2O3。

綜合前述文獻研究結果可知，若使用V2O5/TiO2觸媒，戴奧辛之處理效 率需在250°C以上，方可達到在5000 hr^-1空間速度條件下80%以上之PCDD處 理效率(Yang et al. 2008)。Inoue et al.(2001)之研究利用Fe/MnOx擔持在TiO2

上，在170℃、5000h^-1之測試條件下，即可得到92%之戴奧辛處理效率，但 在同樣測試條件下，以V2O5/WO3觸媒擔持在TiO2上僅能得到83%之處理效 率，因此Fe/Mn類觸媒在低溫下之功效應該會比V2O5/TiO2觸媒好。而未來 如擬探討找出可在低溫下同步處理NOx與PCDD/Fs或其前驅物如2-氯酚之 最佳觸媒，則觸媒擔體與觸媒本身都是重要考量因子。

表2-4為目前催化含氯揮發性有機物相關文獻彙整，在觸媒擔體上我們

發現TiO2應為最佳之觸媒擔體(Smirniotis et al. 2006 ; Liu et al. 2001)，其提供 良好之金屬觸媒分散性(Smirniotis et al. 2006)，且TiO2表面之Lewis酸(Lin and Bai 2003)提供吸附主要位置，也因此加強了含氯有機化合物在催化氧化 時中間產物可近一步生成CO或CO2終產物(Albonetti et al. 2008)，因此於研 究中將直接以TiO2為擔體，並同時探討使用其他商用擔體之可行性。而在 同步處理轉化NOx與含氯揮發性有機化合物之最佳觸媒至少應包含Mn金屬 氧化物，此外亦可考慮加入Fe或是Ce為第二種金屬氧化物(Smirniotis et al.

2006 ; Albonetti et al. 2008) ，以更進一步提升其觸媒活性，降低催化溫度，

亦不排除在觸媒製備流程中加入釩(V)的前驅物來合成觸媒與其他活性金屬 (Mn、Ce、Fe)做比較。

表 2-4 催化含氯揮發性有機物相關文獻

Catalyst Support Pollutant Condition Efficiency Reference

3.2 wt % Mn

TiO2 Al2O3

SiO2

Chlorobenzene

=1300 ppm GHSV=8000h-1

Temp.=400℃

=1000 ppm GHSV=15000h-1

Temp.=236℃ 90 % Wang et al.(2008)

Fe-Ti-oxide TiO2 ChlorobenzenePulse

(1μL) flow reactor Temp.=325℃ 95 % Khaleel and Al-Nayli

(2008)

0.6% Pt HY zeolites 1,2-dichlorobenzene

= 667 ppmv

Fe/MnOx TiO2 PCDD GHSV=5000h-1

,

Temp.=170℃ 92% Inoue et al. (2001)