CN102284234A - 清除甲苯气体的等离子冷触媒 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种高效清除甲苯污染物集成技术，采用低温等离子体和催化剂优势叠加、劣势互补的方案，涉及低温等离子体、环境催化等领域。其特征是空气中的甲苯污染物依次经过低温等离子体和催化剂就能得到高效去除，而且不会产生二次污染。甲苯污染物在等离子体发生等离子聚合生成固体颗粒物得到去除，同时生成的臭氧、一氧化碳和甲醛等小分子在催化剂上被氧化得到无毒害的氧气、二氧化碳和水。本发明的集成系统在常温、常压和常湿的真实环境中可以高效稳定地去除空气中的甲苯污染物，去除率大于95％，同时不会产生新污染物，克服了等离子体在封闭空间中空气净化领域的应用瓶颈。
Description
技术领域
本发明为一种清除空气中的甲苯气体污染物的等离子冷触媒技术，涉及空气净化等领域。本发明的集成系统在常温、常压和常湿的真实环境中可以高效稳定地去除空气的甲苯气体，同时不会产生新污染物，克服了等离子体空气净化领域的应用瓶颈。
本发明还涉及上述集成技术应用于制备各种空气净化器。
背景技术
甲苯是室(车)内主要的空气污染物，通常来源于室内或者空气装修或装饰材料，如空气使用的装饰材料如仪表台、车窗的朔料件、真皮座椅和海棉坐垫、人造地板苹等处使用的粘合剂以及车体上的喷漆等都会产生甲苯有害物质。因汽空气空间狭小、密封性能好更容易造成空气环境的污染。研究表明人在短时间内吸入高浓度的甲苯，可出现中枢神经系统麻醉作用，轻者头晕、头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊，严重者可致昏迷以致呼吸、循环衰竭而死亡。如果长期接触一定浓度的甲苯还会引起慢性中毒，可出现头痛、失眠、精神委靡、记忆力减退等神经衰弱样症状。因此甲苯已经被世界卫生组织确定为强烈致癌物质。
《室内空气质量标准》已于2002年开始实行，甲苯的最高允许浓度限定为0.2mg/m3。长期监测结果显示，对于新装修的室内环境而言，甲苯有机物超标率可以达到1-100倍，室(车)内环境中的挥发性甲苯气体的治理迫在眉睫。
改善室(车)内空气甲苯污染的常用的方法有开窗通风、绿色植物自然吸收、活性炭的物理化学吸附、等离子体技术、光催化技术和热催化技术等净化方式。其中吸附法是最常用的甲苯净化方式。尽管吸附法具有一定的去除效率、富集功能和能耗较小等特点，从而成为治理甲苯较常用的方法。然而，无论物理吸附还是化学吸附都不能得到满意的效果，因为当吸附和脱附达到平衡时，吸附剂就会失效或需要再生。等离子体技术对甲苯气体有一定的净化效率，但净化效率受使用电压的影响，一般要得到高的净化效率，必须提高工作电压，这样就会导致新的污染物出现，如有机物在等离子放电时容易产生CO，O3和甲 醛等有害的副产物，产生二次污染。这些均限制了等离子体技术的应用。光催化虽然具有很强的广谱性，其缺点是效率较低，并且往往导致甲苯分解不完全甚至产生对人体更加有害的副产物，同时也有臭氧产生。催化技术具有很多的优势是：处理废气效率高、处理量大、处理完全、没有二次污染以及不存在吸附饱和等问题，特别对低浓度污染物的处理非常有效。但是，催化技术在室温下对甲苯的去除率很低或者是没有效率。由上述可知，等离子体和氧化催化技术等单一技术均有其优点，也有它的固有无法克服的弊端。所以将两种技术有机结合将导致较高的净化效率。
本发明是等离子体和催化技术的优势叠加、劣势互补的高效去除甲苯气体的高新集成技术，实现了在常湿常温条件下去除室(车)内空气甲苯气体的目的。本发明的目的是提供低温等离子催化去除空气甲苯气体集成技术以及制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的1：提供一种低温等离子催化去除空气甲苯的集成技术。
本发明的目的2：提供制备一种低温等离子催化去除空气甲苯集成技术的制备方法。
本发明的目的3：涉及上述集成技术应用于制备各种环保、空气污染物治理和医疗以及涂料、塑料、橡胶和织物等于甲苯相关行业甲苯气体的治理。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现
本发明的目的是提供一种等离子体和催化集成技术。此集成技术实现了室温高效地去除室(车)内的甲苯气体，没有二次污染的目的，具体的技术方案如下：
1.甲苯的等离子聚合成固体颗粒物
甲苯在等离子体的作用下发生等离子聚合(plasma polymerization)和等离子引发聚合(plasma-initiated polymerization)反应而，得到较大的固体聚合颗粒物。
2.固体颗粒物荷电去除
固体聚合颗粒物在等离子的作用下荷电，然后在静电区收集，从而达到去除空气的甲苯气体的目的。
3.甲苯的分解反应
在等离子体作用下，高能电子与甲苯作用后发生一系列的反应被降解为二氧化碳(CO2)和水(H2O)，同时部分甲苯转化为一氧化碳(CO)和甲醛(HCHO) 等小分子，并且有臭氧产生。
4.小分子的催化去除
催化剂在室温下高效地分解由等离子体放电时产生的臭氧成氧气，催化剂氧化由高能电子与甲苯作用生成的一氧化碳和甲醛等小分子成无毒害的二氧化碳(CO2)和水(H2O)，不会产生二次污染。
本发明技术效果
本发明的技术效果是一种室温可以彻底去除空气的甲苯集成技术，特征：在室温常湿条件下将空气浓度为0.010～200mg/m3的甲苯气体全部去除，没有有毒的副产物臭氧产生，适用于各种封闭或半封闭体系(如室内或空气)空气甲苯气体的消除。
本发明的优点
1.本发明甲苯在低温等离子体发生聚合成固体颗粒物，然后在者静电区荷电后通过静电收集，因此不会造成环境颗粒物污染。
2.本发明催化剂具有多功能性，在室温下能将臭氧、一氧化碳和甲醛等有害物，氧化为无害的氧气、二氧化碳和水，克服了等离子体在室内或空气净化领域的应用瓶颈。
具体实施方式
实施例一
本发明的集成系统净化装置包括三个主要的部分，即低温等离子体、静电除尘器和催化剂。
低温等离子体：采用多层同心圆筒式反应器的设计，将放电间隙缩小为0.2cm，这样可以充分将同等电压下的电场强度增大，同时由于放电间隙的减小必然会使气体可通过流量减小，这样会大大增大反应器处理污染气体的能力。主要设计参数：放电腔内径：2cm；放电腔外径：4cm；放电腔长度：5cm；放电间隙：0.2cm；阻挡介质：石英玻璃；介质厚度：0.2cm；活性氧化铝圆筒板材。电压为1-16kV。
静电除尘器：静电除尘器利用库仑力捕集粉尘，流经除尘器的阻力很小，为 98～300Pa。使用的电压是1-16kV。实验结果表明在没有使用静电除尘器时，出口处的PM10和PM2.5分别是3.26和4.68mg/m3，使用后均降为0.01mg/m3。
性能测试主要由气体发生装置、集成系统净化装置和分析仪器三个部分组成。气体发生装置：将甲苯的纯液体置于恒温水浴槽中，由空气瓶将甲苯系物的蒸汽带出，调节恒温水浴槽的温度得到不同的甲苯蒸汽的浓度。然后经过集成系统净化装置，甲苯系物蒸汽的浓度由气相色谱HP 6890N气相色谱仪测定浓度。一氧化碳用痕量气体分析质谱仪分析和HP 6890N并配有甲烷化的转化器。测试结果如表1所示。甲醛用痕量气体分析质谱仪分析。臭氧用臭氧分析仪检测(Photometric O3 analyzer Model 400E，Teledyne Inc.，USA)。
实施例二
室温多功能催化剂如下：
锰-钴固溶体粉末的制备：按照将可溶性的二价锰盐、二价钴盐和强氧化剂在酸性溶液中混合，生成的黑色沉淀物在90～100℃的水溶液中剧烈搅拌回流12～48h后，过滤、洗涤，在100～150℃干燥10～24h，然后在200～700℃焙烧得到锰-钴固溶体粉末。
锰-钴固溶体蜂窝陶瓷整体型催化剂的制备：称取一定量的锰-钴固溶体粉末，加入一定比例的去离子水和硅胶粘合剂，高速搅拌1～24h，得到一定浓度的锰-钴固溶体复合氧化物浆液。将预先处理好的蜂窝陶瓷(400psi)浸渍在配制好的上述浆液中，浸渍0.5～5min后取出，吹尽孔道中的残液，在空气阴干后80～130℃干燥8～24h，在200～800℃空气下焙烧1～24h，得到掺杂的氧化锰蜂窝陶瓷整体型催化剂。
将得到锰-钴固溶体氧化物的堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍在含铂金属前驱体水溶液中，其中Pt的浓度为0.001～0.05mol/l，80-150℃烘干，200-700℃焙烧2-24h。重复几次使Pt金属的含量占总量的1-10％。然后将负载Pt金属的蜂窝陶瓷载体样品于200-600℃的纯氢气中1-36h分别得到蜂窝整体型催化材料。
性能测试：在室温(18～25℃)和相对湿度为40-100％的条件下，风速为3.0m/s。甲醛、一氧化碳和苯用痕量气体分析质谱仪和气相色谱分析。臭氧用臭氧分析仪检测(Photometric O3 analyzer Model 400E，Teledyne Inc，USA)。性能结果见表2.
实施例三
等离子体和催化剂集成技术对甲苯去除的结果。测试条件同实施例二，使用电压是12kV，连续使用六个月，集成系统非稳定：甲苯的浓度都＜0.03mg/m3以下，臭氧的浓度＜0.02mg/m3，一氧化碳的浓度＜0.02mg/m3以下，甲醛＜0.01mg/m3。
表1 等离子体所用的电压对去除甲苯效果的影响。
表2 多功能催化剂对甲醛、臭氧和一氧化碳催化剂的去除效果。电压(12kV)
序列表
表1 等离子体所用的电压对去除甲苯效果的影响。
表2 多功能催化剂对甲醛、臭氧和一氧化碳催化剂的去除效果。电压(12kV)
Claims (10)
1.本发明为一种清除甲苯气体的等离子冷触媒集成技术。
2.权利要求1中低温等离子体和催化氧化的集成技术，其特征在于室温去除甲苯气体都大于95％。
3.权利要求1中低温等离子体，其特征是采用介质阻挡板放电、脉冲电晕或直流辉光放电等离子体技术，最好选择介质阻挡放电或脉冲电晕等离子体。
4.权利要求1中低温等离子体，其特征是使用的电压是1-16kV。
5.权利要求1中室温冷触媒，其特征在于所使用的冷触媒既有室温同时氧化一氧化碳、分解臭氧和氧化甲醛等污染物的功能。
6.权利要求5中室温多功能冷触媒，其特征在于所使用的是蜂窝陶瓷载体整体型冷触媒，其上担载有锰-钴复合氧化物负载铂金合金冷触媒。
7.权利要求6中锰-钴复合氧化物，其特征是锰-钴氧化物之间形成了固溶体，锰的化学态主要是+4，钴为+2或+3价，锰占锰-钴氧化物固溶体重量的0-80％。
8.权利要求6中室温多功能冷触媒，其特征在于所使用的冷触媒是蜂窝陶瓷载体整体型，其上担载有锰-钴氧化物固溶体负载的Pt冷触媒。
9.权利要求6中的室温多功能冷触媒，其中铂的总量占锰-钴氧化物固溶体涂层的0.2-5wt.％。
10.权利要求1中所述的集成技术可以有效地去除室内空气的甲苯气体，尤其适用于新车内空气的甲苯气体有效去除。
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