CN103599697A - 采用外加电压法提升催化剂原位催化活性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及催化降解技术，旨在提供一种采用外加电压法提升催化剂原位催化活性的方法。该方法是在催化剂载体上镀上具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；将催化剂和铜电极分别接至电源的正负极，调整直流稳压电源使形成向外辐射的电场；通过外加直流电压的方式，使导体催化剂或半导体催化剂带负电，对焚烧炉尾气气相中的有机污染物进行催化降解。本发明能够解决催化剂易受SO2、Cl-等影响而导致催化活性降低的问题，提高催化剂的稳定性和实时活性。本发明旨在反应器内部形成电场，因此加入反应系统的电流为零，即没有造成额外的能耗。

Description

采用外加电压法提升催化剂原位催化活性的方法
技术领域
本发明涉及催化降解技术，特别是涉及一种外加直流电压法提升催化剂原位催化活性的方法。
背景技术
近年来，环境立法对大气排放水平进行了严格的限制，尤其是对氯代易挥发性有机物(Cl-VOC)的排放控制。许多技术得到应用来解决氯代挥发性有机物产生的环境问题，包括催化降解技术、生物处理技术、吸附技术以及等离子体技术等。其中，吸附技术只能实现污染物的转移，常作为一种预处理手段与其它技术联合使用。催化降解技术因能彻底降解污染物，得到CO2、H2O、HCl等无污染产物而成为最有前景的技术之一。催化降解技术应用的催化剂主要有贵重金属（Pt，Pb，Rh等）、钙钛矿和过渡金属氧化物。但是，目前催化降解技术研究及应用的催化剂普遍存在严重地失活现象，钠、钾等碱性金属、飞灰、SO2、Cl-等都是导致催化剂失活的原因。研究者用HNO3、H2SO4、NH4Cl等不同溶液来进行商用SCR催化剂再生的研究，这些溶液可以改善使用过的催化剂的孔性质，增大比表面积，并能溶解、促进部分团簇活性成分在载体表面的重新分散，从而一定程度上恢复催化剂的活性。也有学者发现，结焦失活的钒掺杂钛混合氧化物催化剂在反应温度下，通过向反应器通空气（或CO2）可以部分恢复催化剂的活性。但是，催化剂再生研究只能部分恢复催化剂活性，且只是在催化剂失活后对催化剂进行处理，不能保证催化剂的实时活性。此外，催化剂的拆卸重装也造成了一定的人力和物力浪费。因此，提高催化剂稳定性以保持催化剂的实时活性十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有的技术中的不足，提供一种采用外加电压法提升催化剂原位催化活性的方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种采用外加电压法提升催化剂原位催化活性的方法，包括以下步骤：
（1）以金属管作为负电极，以长条形的铜电极作为正电极，铜电极位于金属管的轴线上；在金属管的内表面镀有一层具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；或，
以至少两块金属板作为负电极，以长条形的铜电极作为正电极，铜电极位于对向设置的金属板的中间位置且与金属板平行；在两块金属板相对的表面分别镀有一层具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；
（2）将直流稳压电源的导线分别接至所述正电极和负电极，在0-1000V的工作电压范围内调整直流稳压电源，使正电极和负电极之间形成与正电极长度方向相互垂直的向外辐射的电场；
（3）将焚烧炉尾气处理装置排出的尾气引入所述电场，使尾气在电场中的流动方向与正电极长度方向保持一致；通过外加直流电压的方式，使导体催化剂或半导体催化剂带负电，对气相中的有机污染物进行催化降解。
本发明中，所述具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂是：MnOx/TiO2-纳米碳管、VOx/TiO2、VOx-WOx/TiO2或VOx-MoOx/TiO2中的任意一种。
本发明中，所述正电极和负电极的布置方式是下述方案中的任意一种：
A、圆管式反应器的主体为金属管，将其作为负电极；作为正电极的铜电极固定于反应器的轴线上，金属管与铜电极之间保持绝缘；圆管式反应器与焚烧炉尾气处理装置的排出管道相接；
B、将至少两块金属板对向固定在弧形槽上后放入烟气管道中，以金属板作为负电极；将作为正电极的铜电极固定在烟气管道的中轴线上，金属板与铜电极之间保持绝缘，其组合方式作为反应器单体；在烟气管道内设置若干组平行排列阵列分布于烟气管道中，排列方向与被处理气体来流方向一致；
C、以截面为正方形的金属管作为负电极，将作为正电极的铜电极固定在金属管的中轴线上，金属管与铜电极之间保持绝缘，其组合方式作为反应器单体；在烟气管道内设置若干组平行排列阵列分布于烟气管道中，排列方向与被处理气体来流方向一致。
本发明中，所述金属管或金属板的材质是铝。
本发明的实现原理是：
通过外加直流电压的方式，使复合催化剂带负电，利用“同性相斥”原理，削弱反应过程中产生的带负电的离子（如Cl-）与复合催化剂之间的相互作用，从而离开负极上的复合催化剂。一方面可缓解催化剂中毒现象，实现复合催化剂的再生；另一方面，导致具有强氧化性的O2 -和·OH等自由基团进入空间，增加二噁英分子与O2 -和·OH等强氧化性基团在反应器空间内的碰撞几率，提高二噁英降解效率。此外，外加电压可以提高活性金属在催化剂表面的分散度，促进催化剂薄膜表面电子的定向移动，从而提高催化剂的活性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明能够解决催化剂易受SO2、Cl-等影响而导致催化活性降低的问题，提高催化剂的稳定性和实时活性。
2、本发明旨在反应器内部形成电场，因此加入反应系统的电流为零，即没有造成额外的能耗。
附图说明
图1是具体实施例1中的圆管式反应器结构示意图。
图2是具体实施例2的结构示意图。
图3是具体实施例3的结构示意图。
图中附图标记：1-进气管，2-铜电极，3-聚四氟乙烯塞，4-聚四氟乙烯套，5-管式反应器，6-石英窗，7-负电极，8-出气管；21-烟气管道，22-铝板，23-铜电极，24-弧形槽；31-烟气管道，32-铝管，33-铜电极。
具体实施方式
采用外加电压法提升催化剂原位催化活性的方法，包括以下步骤：
（1）以金属管作为负电极，以长条形的铜电极作为正电极，铜电极位于金属管的轴线上；在金属管的内表面镀有一层具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；或，
以至少两块金属板作为负电极，以长条形的铜电极作为正电极，铜电极位于对向设置的金属板的中间位置且与金属板平行；在两块金属板相对的表面分别镀有一层具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；
（2）将直流稳压电源的导线分别接至所述正电极和负电极，在0-1000V的工作电压范围内调整直流稳压电源，使正电极和负电极之间形成与正电极长度方向相互垂直的向外辐射的电场；
（3）将焚烧炉尾气处理装置排出的尾气引入所述电场，使尾气在电场中的流动方向与正电极长度方向保持一致；通过外加直流电压的方式，使导体催化剂或半导体催化剂带负电，对气相中的有机污染物进行催化降解。
本发明所述具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂，可使用溶胶凝胶法制备的MnOx/TiO2-纳米碳管催化剂。还可以选择VOx/TiO2催化剂、VOx-WOx/TiO2催化剂、VOx-MoOx/TiO2等，均为商业化产品，可自由购买。例如，VOx-WOx/TiO2催化剂可选用三龙催化剂有限公司的产品。当然，使用者也可根据需要进行自制，其制备方法因属催化剂制备领域常规手段，不属于本发明所涉内容，故不再赘述。
实施例1：
在烟气中有机污染物处理装置中设置外加电压催化反应器，反应器主体为铝制圆管式反应器5，其中轴线位置安装有铜电极2，接直流稳压电源正极，电源负极与负电极7相接。反应器的内表面均匀镀有催化剂。调整电源电压为工作电压。催化剂可以吸附降解气相有机污染物，并且由于外加电压的存在，催化剂能够保持较高的实时活性。在本实施例中，外加直流电压后，有机污染物的脱除效率可提高超过10%，催化剂活性提高20%。
实施例2：
将内侧均匀镀有催化剂的两块或多块铝板22固定在弧形槽24上，放入相应方形烟气管道21中，将铜电极23固定在烟气管道21中轴线上，烟气管道21与铜电极23保持绝缘状态。由铝板22引出的反应器负极与电源负极相接，电源正极与铜电极23相接。将此铝板22和铜电极23作为反应器单体，在处理烟道内组成若干种可变平行排列阵列分布于烟气管道中，与被处理气体来流方向一致。应用该反应器，进行烟气中有机污染物处理，有机污染物的脱除效率可提高25%，催化剂活性提高38%。
实施例3：
将内侧均匀镀有催化剂的截面为正方形的铝管32，将铜电极33固定在铝管32中间，保持铝管32与铜电极33绝缘。由铝管32引出的负极与电源负极相接，电源正极与铜电极33相接。将此铝管32和铜电极33作为反应器单体，在烟气管道31内组成若干种可变平行排列阵列分布于烟气管道31中，与被处理气体来流方向一致。在本实施例中，有机污染物的脱除效率可提高30-60%，催化剂活性提高52-85%，改善效果显著。
实现过程的示例：
（1）用超声波清洗机清洗金属管或金属板，晾干，防止附着在表面的灰尘等杂物对催化剂镀膜产生影响；
（2）将催化剂均匀镀在金属管或金属板表面（可使用铝制薄板、铝管或其他金属板材或管材）；
（3）将金属管或金属板、铜电极要求安装到位，铜电极与装置中轴线重合，并保证铜电极与金属管或金属板绝缘；
（4）将直流稳压电源正、负极分别接正、负电极上，并在工作电压（0-1000V）范围内对直流稳压电源进行调整；
（5）将反应器接入烟气处理系统中，对气相有机污染物进行催化降解。
最后，还需要主意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.采用外加电压法提升催化剂原位催化活性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）以金属管作为负电极，以长条形的铜电极作为正电极，铜电极位于金属管的轴线上；在金属管的内表面镀有一层具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；或，
以至少两块金属板作为负电极，以长条形的铜电极作为正电极，铜电极位于对向设置的金属板的中间位置且与金属板平行；在两块金属板相对的表面分别镀有一层具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂；
（2）将直流稳压电源的导线分别接至所述正电极和负电极，在0-1000V的工作电压范围内调整直流稳压电源，使正电极和负电极之间形成与正电极长度方向相互垂直的向外辐射的电场；
（3）将焚烧炉尾气处理装置排出的尾气引入所述电场，使尾气在电场中的流动方向与正电极长度方向保持一致；通过外加直流电压的方式，使导体催化剂或半导体催化剂带负电，对气相中的有机污染物进行催化降解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具备导电能力的导体催化剂或半导体催化剂是：MnOx/TiO2-纳米碳管、VOx/TiO2、VOx-WOx/TiO2或VOx-MoOx/TiO2中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正电极和负电极的布置方式是下述方案中的任意一种：
A、圆管式反应器的主体为金属管，将其作为负电极；作为正电极的铜电极固定于反应器的轴线上，金属管与铜电极之间保持绝缘；圆管式反应器与焚烧炉尾气处理装置的排出管道相接；
B、将至少两块金属板对向固定在弧形槽上后放入烟气管道中，以金属板作为负电极；将作为正电极的铜电极固定在烟气管道的中轴线上，金属板与铜电极之间保持绝缘，其组合方式作为反应器单体；在烟气管道内设置若干组平行排列阵列分布于烟气管道中，排列方向与被处理气体来流方向一致；
C、以截面为正方形的金属管作为负电极，将作为正电极的铜电极固定在金属管的中轴线上，金属管与铜电极之间保持绝缘，其组合方式作为反应器单体；在烟气管道内设置若干组平行排列阵列分布于烟气管道中，排列方向与被处理气体来流方向一致。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属管或金属板的材质是铝。
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