CN102000603A - 一种脱除气体中低浓度甲醛的催化剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气体净化处理技术领域，涉及一种脱除气体中低浓度甲醛的催化剂和应用。其特征是以Ag、Co、Fe、Cu中至少两种为催化剂的主要活性组份，并负载于HZSM-5型分子筛载体上。该催化剂活性组份的重量百分比为1-20％。将该催化剂装填于可通入臭氧、可控温加热或可发生介质阻挡放电的反应器中，应用于交替运行的存储和再生两个阶段，在存储阶段气体中低浓度甲醛先存储在该催化剂上，在再生阶段通入臭氧或通入含氧气体进行加热或发生介质阻挡放电，使存储在该催化剂上的甲醛全部氧化为二氧化碳和水。再生阶段通入的含氧气体中O2含量为20-100％，空气可直接作为再生阶段的含氧气体。本发明的效果和益处是，所提供的一种对甲醛具有选择存储功能与催化氧化功能的催化剂，具备低能耗和无二次污染的优点，非常适用于脱除气体中低浓度甲醛，尤其适用于脱除室内空气中甲醛污染物。
Description
技术领域
本发明属于气体净化处理技术领域，涉及到一种脱除气体中低浓度甲醛的催化剂及其应用。
背景技术
甲醛是一种典型的挥发性有机污染物(VOCs)，尤其在室内空气中。因甲醛具有强烈的致癌和促癌作用，已被世界卫生组织列为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。因此世界各国对室内空气中甲醛的浓度作出了非常严格的规定，我国规定的居室空气中甲醛浓度允许值是0.08mg/m3。
目前应用于空气净化脱除甲醛的技术主要有催化氧化法、光催化法、吸附法等。光催化法虽然可以在常温常压下进行，但对于低浓度的甲醛污染物(室内空气中其浓度一般在每立方米微克级)，光催化脱除效果不佳(Chemical Engineering Science，2003，58：929-934)。催化氧化法难以在室温条件下发生，一般需要较高的反应温度或贵金属Pt催化剂(Applied Catalysis B：Environmental，2006，65：37-43；2008，81：115-121)，或需等离子体驱动(Journal of Physics D：Applied Physics，2006，39：3603-3608)。吸附法一般是利用活性炭、分子筛等大比表面的多孔材料对甲醛污染物进行吸附处理，具有能耗低、操作简便等优点。但吸附法的主要缺点是，吸附剂受吸附容量的限制和空气中水分子竞争吸附的影响，会很快失效。另外，吸附法在本质上只是将污染物转移到吸附剂上，存在二次污染的隐患。
若能发明一种同时具备如下两方面功能的催化剂：一方面它可在宽的湿度范围对甲醛具有选择存储性能和高的存储容量；另一方面该催化剂存储饱和后可利用简便易行的方法进行在线再生(如空气催化氧化)，则可解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种脱除气体中低浓度甲醛的催化剂：一方面它可在室温条件下所有湿度范围对甲醛具有选择存储性能和高的存储容量；另一方面该催化剂存储饱和后，通入臭氧或在含O2气氛中(如空气)加热或放电即可在线再生。催化剂再生过程中，存储的甲醛被完全氧化为二氧化碳，无二次污染。
为实现此目的，本发明的技术方案是以Ag、Co、Fe、Cu中至少两种为催化剂的主要活性组份，采用浸渍法或离子交换法将活性组份负载于HZSM-5型分子筛载体上，烘干后再经300℃-600℃焙烧2-3小时，即得该催化剂。该催化剂活性组份的重量百分比为1-20％。
本发明所述催化剂装填于可通入臭氧、可控温加热或可发生介质阻挡放电的反应器中，应用于交替运行的存储和再生两个阶段。
在存储阶段，含甲醛污染物的气体流经上述反应器的催化剂床层，气流中甲醛污染物存储在催化剂上；甲醛污染物在催化剂上存储量接近或达到饱和时，转入再生阶段；
在再生阶段，通入臭氧使存储在该催化剂上的甲醛全部催化氧化为二氧化碳和水；或通入含O2气体，将催化剂升温至100℃-300℃或施加交流高压进行介质阻挡放电，使存储在该催化剂上的甲醛全部催化氧化为二氧化碳和水。催化剂从而得到再生。再生阶段通入的含氧气体中O2含量为20-100％。空气可直接作为再生阶段的含氧气体。
本发明的效果和益处是，所提供的一种对甲醛具有存储功能与催化氧化功能的催化剂，不仅可在室温条件下所有湿度范围对甲醛具有选择存储性能和高的存储容量，而且可通过臭氧或在含O2气氛中(如空气)加热或放电实现在线再生，从而循环利用。该催化剂上存储的甲醛在再生阶段被完全氧化为二氧化碳和水，不产生二次污染。该催化剂的存储周期远大于再生周期，故其运行的能耗很低。因此，该催化剂非常适用于脱除气体中低浓度甲醛，尤其适用于脱除室内空气中甲醛污染物。
具体实施方式
实施例1：将HZSM-5(记为HZ，下同)粉体600℃焙烧3小时，并经压片、破碎和过筛，获得20-40目粒度大小。
一个可发生介质阻挡放电的反应器：直径3mm的不锈钢高压电极位于内径8mm、壁厚1mm的石英玻璃管的轴心，高度为3mm的不锈钢网紧密缠绕在石英玻璃管的外壁作为接地电极。将1.5ml 20-40目的HZ颗粒填充于石英管和不锈钢高压电极之间的放电区域。常温常压下，甲醛浓度为24.4ppm、含水量为25℃时50％相对湿度的模拟空气，以300ml/min的流量通过HZ催化剂床层，甲醛存储在HZ催化剂上。40分钟后，甲醛分子开始穿透HZ催化剂床层，存储达到饱和。该条件下的甲醛穿透存储量为0.38mg。随后转入再生阶段：流量为60ml/min的氧气流经存储有甲醛的HZ催化剂，并施加频率为2kHz的交流高压使该反应器发生介质阻挡放电(放电功率为2.3W)，对HZ催化剂进行再生。放电5分钟后，存储在HZ催化剂上的甲醛的87％转化为CO2，13％转化为CO。
实施例2：将HZ粉体600℃焙烧3小时后，倒入硝酸银和硝酸铜的混合溶液中。HZ分子筛载体在该溶液中浸渍12小时后，120℃烘干，600℃焙烧3小时。然后压片、破碎和过筛，得到20-40目的AgCu/HZ催化剂颗粒。该催化剂中Ag和Cu负载量的重量百分比分别为3.6％和2.1％。
将1.5ml 20-40目的AgCu/HZ催化剂颗粒装填于实施例1所述的可发生介质阻挡放电反应器的放电区域。常温常压下，甲醛浓度为26.2ppm、含水量为25℃时50％相对湿度的模拟空气，以300ml/min的流量通过AgCu/HZ催化剂床层，甲醛存储在AgCu/HZ催化剂上。165分钟后，甲醛分子开始穿透AgCu/HZ催化剂床层，存储达到饱和。该条件下的甲醛穿透存储量为1.7mg。随后转入再生阶段：将流量为60 ml/min的氧气流经存储有甲醛的AgCu/HZ催化剂，并施加频率为2kHz的交流高压使该反应器发生介质阻挡放电(放电功率为2.3W)，对AgCu/HZ催化剂进行再生。放电10分钟后，存储在AgCu/HZ催化剂上的甲醛被完全氧化为CO2和H2O，几乎没有CO生成。
实施例3：将1.5ml实施例2制得的AgCu/HZ催化剂装填于实施例1所述的可发生介质阻挡放电反应器的放电区域。常温常压下，甲醛浓度为26.6ppm、含水量为25℃时93％相对湿度的模拟空气，以300ml/min的流量通过AgCu/HZ催化剂床层，甲醛存储在AgCu/HZ催化剂上。168分钟后，甲醛分子开始穿透AgCu/HZ催化剂床层，存储达到饱和。该条件下的甲醛穿透存储量为1.8mg。随后转入再生阶段：将流量为60ml/min的氧气流经存储有甲醛的AgCu/HZ催化剂，并施加频率为2kHz的交流高压使该反应器发生介质阻挡放电(放电功率为2.3W)，对AgCu/HZ催化剂进行再生。放电10分钟后，存储在AgCu/HZ催化剂上的甲醛被完全氧化为CO2和H2O，几乎没有CO生成。
实施例4：将1.5ml实施例2制得的AgCu/HZ催化剂装填于内径为8mm、壁厚为1mm的石英管反应器中。常温常压下，甲醛浓度为24.5ppm、含水量为25℃时36％相对湿度的模拟空气，以410ml/min的流量通过AgCu/HZ催化剂床层，甲醛存储在AgCu/HZ催化剂上。存储阶段运行67分钟后，转入再生阶段：将流量为60ml/min的氧气流经存储有甲醛的AgCu/HZ催化剂，并以10℃/min的升温速率对该催化剂进行加热再生。其程序升温氧化实验结果表明，产物CO2的生成速率约在135℃出现峰值，且再生过程没有其它副产物生成。
Claims (2)
1.一种脱除气体中低浓度甲醛的催化剂及其应用，其特征是本发明的技术方案是以Ag、Co、Fe、Cu中至少两种为催化剂的主要活性组份，采用浸渍法或离子交换法将活性组份负载于HZSM-5型分子筛载体上，烘干后再经300℃-600℃焙烧2-3小时，即得该催化剂；该催化剂活性组份的重量百分比为1-20％。
2.权利要求1所述催化剂的应用，其特征是将该催化剂装填于可通入臭氧、可控温加热或可发生介质阻挡放电的反应器中，应用于交替运行的存储和再生两个阶段；
在存储阶段，含甲醛污染物的气体流经上述反应器的催化剂床层，甲醛污染物在催化剂上存储量接近或达到饱和时，转入再生阶段；
在再生阶段，通入臭氧使存储在该催化剂上的甲醛全部催化氧化为二氧化碳和水；或通入含O2气体将催化剂升温至100℃-300℃或施加交流高压进行介质阻挡放电，使存储在该催化剂上的甲醛全部催化氧化为二氧化碳和水。含氧气体中O2含量为20-100％。空气可直接作为再生阶段的含氧气体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110406 |