催化燃烧是把有机废气加热到启燃温度，在催化剂的作用下进行无焰燃烧，生成二氧化碳和水并释放大量热量。
2.2.1催化剂的选择
催化燃烧催化剂为固体催化剂，由载体、涂层和活性组分三部分组成。下面就从这三个方面分别加以阐述。
（1）载体
载体除了分散活性组分，也具有调节催化性能的作用。尤其是载体表面的酸性中心具有活化VOCs的作用。
由于A12O3比表面大，且具有催化作用所需要的孔结构，因此被广泛用作各类催化剂的载体。但是，氧化铝存在压力降和热容大、耐热性差、强度低并易破碎等缺点，而且在高温环境下，会转变成热力学上稳定的α-Al2O3，从而导致催化剂活性下降。此外A12O3容易与过渡金属组分生成铝酸盐，这也是目前很难克服的问题。
金属合金载体是70年代末出现的，主要有FeCrAl、NiCr和FeMow等三类合金。从加工和经济价值等综合考虑，FeCrAl是最有应用前景的合金。大量的研究表明，FeCrAl合金具有较好的高温抗氧化性，主要是由于在其表面可选择地形成A12O3膜。金属合金载体的优点为：几何表面积大和较好的几何结构，有利于催化活性物质的吸附；压力降、热容小；具有良好的导热性；机械强度高。主要缺点是载体与涂层材料的膨胀系数差异较大，在使用过程中，由于温度的不断变化，二者之可将产生较大的应力，从而使涂层脱落，缩短催化剂的使用寿命。
随着催化剂对活性组分的分散度、热稳定性的要求不断提高，人们逐渐倾向于选用整体型载体，因其常被制成蜂窝状，故又称为蜂窝载体。堇青石蜂窝陶瓷载体（2MgO·2Al2O3·5SiO2），主要由高岭土（A12O3·2SiO2·2H2O）、滑石（3MgO·4SiO2·H2O）和有机粘台剂挤压成型，干燥后再经过高温焙烧制成。由于堇青石蜂窝陶瓷具有热膨胀系数小（1.8×10-6/℃）、耐热性好等特性，适合作燃烧催化剂的载体。研究表明堇青石具有很高的热稳定性，蜂窝状结构材料具有流体阻力低和气流分布均匀的特点。因此堇青石蜂窝状载体是一种有效、廉价的气体分布器和催化剂载体。如下为蜂窝状载体结构示意图。
蜂窝状载体结构示意图
（2）涂层
由于蜂窝状堇青石载体是经高温焙烧制得，存在着比表面积小、表面平滑难于固定催化剂活性组分等缺点。因此必须寻求一个在较宽的温度范围内物理化学性质较为稳定、且具有高比表面积的物质作为蜂窝陶瓷的涂层。在整体式催化剂中，陶瓷蜂窝载体只是支撑体，涂层才是催化活性组分的真实载体，又称为陶瓷蜂窝载体催化剂的“第二载体”，所以涂层在催化剂的制备中占有举足轻重的地位，也是影响催化剂寿命及催化活性的重要因素。对于涂层，应该具备以下三个条件：1）与陶瓷蜂窝载体之间的粘结强度高；2）对活性组分的吸附性能好：3）热稳定性好。
传统的γ-Al2O3涂层具有比表面大，易吸附活性组分（H2PdCl4、H2PtCl6等）等优点，因此得到了普遍的应用，是最常用的蜂窝陶瓷涂层。但是由于γ-Al2O3在高温环境下容易发生相变，转变成热力学上稳定的α-Al2O3，引起比表面积的大幅度减小，使得催化剂的活性降低；而且在高温下，涂层容易发生烧结，并且出现裂缝和脱落现象。为改善氧化铝的热稳定性，人们通过添加La2O3、BaO、CeO2基复合氧化物等以抑制氧化铝的烧结及相变。
鉴于γ-A12O3涂层的缺点，人们已经将目光转移到研究新的更合适的VOCs催化剂涂层材料上，如SiO2、TiO2、YSZ（Y稳定的ZrO2）、SnO2、La2O3等。
（3）活性组分
活性组分是整体式催化剂最核心的组成部分，直接影响催化效果。活性组分有两类：一类是贵金属，如Pt、Pd、Rh等；另一类是非贵金属，如Cu、Cr、Mn等。根据催化剂所使用的活性组分，可将催化剂分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。
元素周期表中过渡族元素及第Ⅷ族元素中的贵金属具有催化氧化的性能，它们及其氧化物常被用作催化燃烧催化剂的活性成分，例如钛、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌的氧化物及铂、钯、钌等。目前国内催化剂可分为贵金属催化剂、复合氧化物催化剂、稀土元素氧化物等三类。贵金属催化剂起燃温度低，资源稀少，价格昂贵，易中毒；复合氧化物催化剂降低了成本，清除效果也很好；稀土元素氧化物具有助催化作用，能提高催化活性及热稳定性。
目前用得最多的是Pt和Pd两种。贵金属催化剂的初始活性很好，主要表现如下：启燃温度低、完全燃烧温度与启燃温度相差很小，即活性随温度上升很快。而且由于Pt和Pd能负载在比表面积相当大的载体上，且能高度分散，所以仅用少量贵金属（0.1-0.5wt％）就可以达到好的催化活性。但这类催化剂也存在一些缺点，主要是价格高、资源有限等。一般认为，贵金属催化剂的高活性与活化H2、O2、C-H和O-H键的能力有关联。对于负载型Pd催化剂的失活原因，一般认为有以下几种：载体（如γ-Al2O3）烧结，形成尖晶石；Pd或者PdO烧结及PdO的分解（PdO→Pd+1/2O2）。
与贵金属催化剂相比，过渡金属催化剂的性能主要表现在：启燃温度比贵金属催化剂高；完全燃烧温度（T90％）与启燃温度（T10％）相差很大，即活性随温度升高上升缓慢。有些催化剂的启燃温度虽然低，但是完全燃烧温度却较高。尽管目前过渡金属氧化物催化剂的热稳定性取得了较大的提高，但是主要问题仍然没有解决。用于VOCs催化燃烧催化剂的非贵金属一般都是化学元素周期表中第四周期的Cr、Mn、Fe、Co、Cu等元素的氧化物。目前研究最多的非贵金属催化剂主要是钙钛矿型催化剂。钙钛矿催化剂都具有钙钛矿（分子式为ABO3）结构。A多为La，B多为Fe、Co、Mn等过渡金属。
催化燃烧催化剂会发生中毒现象。为防止催化剂中毒，可在废气进入反应器前设废气预处理装置，清除废气中粉尘和毒物，并定期进行再生和清洗等。导致催化剂中毒的毒物（抑制剂）主要有磷、铅、秘、砷、锡、汞、亚铁离子、锌、卤素等。
催化热破坏处理设备能达到的有机物热破坏效率在90~95%之间，稍低于直接火焰燃烧，这是由于废气停留在催化床层填料或催化材料涂层的时间长，降低了催化剂有效表面积从而降低了全面破坏效率。催化剂常只针对特定类型化合物反应，所以催化燃烧的应用在一定程度上受到限制。
2.1.2催化燃烧系统
催化燃烧室采用蜂窝陶瓷状为载体的贵金属催化剂，阻力小，活性高。当有机蒸气浓度达到2000ppm以上时，可维持自燃。贵金属蜂窝状陶瓷载体催化剂比表面积大。余热可回用：余热可返回烘道，降低原烘道中消耗功率，也可作其它方面的热源。催化燃烧技术要求有机废气具有足够高的热值，限制了低浓度（500~2000mg/h3）有机废气处理方面的应用。流向变换催化燃烧技术结合了蓄热燃烧和催化燃烧的特点，可适用的有机废气浓度范围较常规催化燃烧技术更低，减少辅助燃料的投资，经济性良好。
反应塔内装填特制的固态复合填料，填料内部复合催化剂。当废气在引风机的作用下穿过填料层，与通过特制喷嘴化剂在固相填料表面充分接触，并在催化剂的催化作用下，恶臭气体中的污染因子被充分分解。工艺部分主要有催化室、电加热箱、热交换器、风机、电控柜五大部分组成。
催化燃烧装置示意图
当有机废气进入装置先到热交换器，用催化燃烧后的余热通过热交换器把有机废气温度尽可能的提高，通常升温△t=50-60℃，然后送入电加热箱内，通过电热管加热到启燃温度，一般在200-250℃。达到温度会自动关闭加热系统，这时就进入催化箱内，进行催化燃烧反应，是有机废气氧化分解成二氧化碳和水，并且释放大量的热量。当有机废气浓度一定量时，产生的余热通过热交换器后升温达到启燃温度，这时催化燃烧装置就达到动态热平衡，大量节省了电功率。
2.1.3催化燃烧催化剂评价体系
催化燃烧装置就是把有机废气预热到启燃温度，在催化剂的作用下生成无毒的二氧化碳和水，放出大量的热。催化剂的性能主要参数为：启燃温度、空速指标、抗中毒功能及使用寿命。启燃温度直接影响能耗；空速指标反映催化剂的承受风量指标；抗中毒主要对有毒元素达到一定量的指数，使用寿命反映在同等条件下的使用寿命年限。
催化活性测试在常压微型固定床反应器中进行，催化剂用量约300mg。反应气组成（体积百分比）：（1）对于用浸渍法和共沉淀法制备的样品CH41%，O220%，N279%，空速50000ml/g.h。（2）对于用溶胶－凝胶法制备的样品CH44%，O217%，其余为N279%，空速6.0×104ml/g.h。反应产物用气相色谱仪在线分析，氢火焰（FID）检测，柱温80℃，Y5分子筛分离柱，柱长2m。催化剂活性用甲烷转化率在10%，50%和90%时所对应的温度T10%，T50%和T90%表示。其中T10%定义为甲烷催化燃烧的启燃温度。
具体操作：准确称取定量的催化剂和等量的石英砂，均匀混合后装入直径为Φ=8mm的石英管微型反应器中，催化材料床层高度20mm。通入反应气一定时间达到平衡后，再以4℃/min速度进行程序升温，考察200-820℃之间不同温度下的甲烷燃烧催化活性。
催化材料活性评价流程图
1质量流量计；2混合器；3带加热炉的固定床微型反应器；4温控仪；5热电偶；6除水器；7六通阀；8气相色谱；9数据处理系统
2.1.4催化燃烧法特点
催化燃烧法具有如下特点：催化燃烧为无火焰燃烧，安全性好；要求的燃烧温度低，大部分烃类和CO在300-450℃之间即可完成反应，辅助燃料消耗少；对可燃组分浓度和热值限制较小；对疏水性污染物质有很好的去除率；耐冲击负荷，不易被污染物浓度及温度变化影响；为使催化剂延长使用寿命，不允许废气中含有尘粒和雾滴。
优点：一般情况下去除率均在95%以上。
缺点：（1）适合于处理浓度较高的VOCs废气。（2）催化燃烧法降低了燃烧费用，但催化剂容易中毒，对进气成份要求极为严格，同时催化剂需要定期更换，废弃的催化剂如何处理还有待进一步研究，而且一种催化剂一般只对某一特定类型的有机物有效，如果处理混合型的VOCs废气，则需要多种不同类型的催化剂，此外由于催化剂成本很高，使得该法处理费用大大提高。（3）废气中的VOCs不完全燃烧有可能产生比初始气体更有害的污染物，如乙醛，二恶英，呋喃等。（4）不适于处理燃烧过程中产生大量硫氧化物和氮氧化物的废气。
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