CN105999995A - 一种高效VOCs处理的双转轮装置及其制作方法 - Google Patents

一种高效VOCs处理的双转轮装置及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效VOCs处理的双转轮装置及其制作方法。该双转轮由主转轮和辅转轮组成，且主转轮和辅转轮直径相同，所述主转轮和辅转轮同轴无间隔对接，所述主转轮位于VOCs进口侧。本发明将主转轮和辅转轮集成到一个转轮上，主转轮、辅转轮体积比可根据需要进行调节，节省设备占有空间的同时，吸附浓缩‑催化氧化降解一体式连续性循环操作，实现工业含VOCs废气的高效深度净化，达到工业尾气的国家排放标准。

Description

一种高效 VOCs 处理的双转轮装置及其制作方法
技术领域
本发明属于用吸附浓缩-催化氧化法处理工业废气中挥发性有机物的气体净化领域，具体涉及一种高效VOCs处理的双转轮装置及其制作方法。
背景技术
挥发性有机物VOCs（Volatile Organic Compounds）是一类具有较高蒸汽压、常温常压下容易挥发的有机化合物，如苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、醛、酯、醇、酮等（[1] 吴永文，李忠，奚红霞，许科峰，韩静磊，郭建光，VOCs污染控制技术与吸附催化材料）。随着工业化进程的加快，VOCs在石油化工、涂料、印刷、电子等行业的排放越来越严重。这些VOCs的大量排放不但对生态环境造成了严重影响，而且直接严重危害到人体健康。因此，控制VOCs排放，治理VOCs污染已经成为环境领域的重要课题，发展满足废气排放标准的VOCs治理技术迫在眉睫。
对于中低浓度（100~2000 mg/m3）的VOCs污染控制，转轮式吸附是一种可连续进行吸附和脱附的气体净化技术，其主要通过转轮吸附区的吸附剂来吸附气体中的VOCs，实现气体净化的目的；与此同时，转轮转动时吸附区的吸附剂连续转入脱附区，被吸附的VOCs被反向吹扫的热空气脱附解吸，脱附区的吸附剂得以再生又连续转入吸附区进行吸附操作；而从脱附区脱附下来的VOCs被收集起来进行集中处理。
然而，当前的VOCs转轮技术存在一定的瓶颈，主要包括： VOCs经转轮吸附-解吸后仍需通过催化燃烧等装置进行销毁处理，其系统结构复杂，占地面积大，设备投资成本和运行能耗高。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于发明一种高效VOCs处理的双转轮装置及其制作方法。这种双转轮可对含VOCs废气进行深度净化，双转轮结构紧凑，连续循环使用性能稳定，可在吸附-再生循环操作下实现工业废气中VOCs的连续净化，达到工业废气的国家和地方相关排放标准，为工业有机废气的治理提供了新的处理技术。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种高效VOCs处理的双转轮，所述双转轮由主转轮和辅转轮组成，且主转轮和辅转轮直径相同，所述主转轮和辅转轮同轴无间隔对接，所述主转轮位于VOCs进口侧。
进一步地，所述主转轮和辅转轮体积比为2:1~8:1。
进一步地，所述双转轮为蜂窝式转轮，所述主转轮上均匀附着的双功能吸附催化剂为分子筛负载型金属氧化物；所述辅转轮上均匀附着的催化剂为分子筛负载型贵金属氧化物；所述分子筛负载型金属氧化物包括Cu-Mn-Ce-Zr/硅铝分子筛、Pd-Ni /硅铝分子筛、Pt-Ce/纯硅分子筛、Pd-Ce/钛硅分子筛中的一种或两种的混合物；所述分子筛负载型贵金属氧化物包括Pd /硅铝分子筛、Pd /钛硅分子筛、Pt /硅铝分子筛或Pt/钛硅分子筛中的一种或两种的混合物。
进一步地，所述主转轮上附着的分子筛负载型金属氧化物质量百分数为0.5~20 wt.%，比表面积在25~1000 m2/g，孔径尺寸在1.2~4.0 nm，孔容在0.2~0.8 cm3/g；所述辅转轮上附着的分子筛负载型贵金属氧化物的贵金属负载量为0.2~1.0 wt.%，比表面积在500~1000 m2/g，孔径尺寸在1.2~4.8 nm，孔容在0.2~1.0 cm3/g。
一种高效VOCs处理的双转轮的制作方法，包括如下方法：
（1）对蜂窝式转轮的基底材料进行酸预处理；
（2）制备分子筛负载型金属氧化物和分子筛负载型贵金属氧化物；
（3）将分子筛负载型金属氧化物或分子筛负载型贵金属氧化物、水和溶胶以质量比为1:1:10~1:3:10的比例混合，涂层在蜂窝式转轮的基底材料上；
（4）干燥，煅烧，即制得高效的VOCs处理双转轮的基组，拼装成处理VOCs的双转轮，最后将主转轮1和辅转轮2对接。
上述方法中，所述酸预处理为硝酸、盐酸或硫酸预处理。
上述方法中，所述分子筛负载型金属氧化物和分子筛负载型贵金属氧化物的制备方法为浸渍法、溶胶凝胶法或共沉淀法。
上述方法中，所述煅烧温度为200~500 ℃, 煅烧时间为1~4 h。
本发明的工作原理：
1、结合图1和图2，对于主转轮1，有机废气进入吸附区A，废气中的VOCs被转轮吸附区A中吸附催化材料表面的吸附位所吸附，从而得到净化；随着VOCs吸附量的增加，吸附区A趋于饱和状态，转轮慢慢转入催化氧化区B（即再生区），在高温状态下，转轮上浓缩的VOCs被吸附催化剂表面的催化位所催化氧化，生成CO2和水，从而得到净化；与此同时，催化氧化区B上的双功能吸附催化剂本身得到再生，恢复了吸附能力，可转回到吸附区A循环使用。
2、辅转轮2上均匀负载有催化剂，用于经过主转轮1后发生脱附的少量VOCs或VOCs氧化中间产物的进一步催化氧化，从而实现工业含VOCs废气的高效深度净化，达到工业相关排放标准。
本发明相对于现有的技术，具有如下的优点及效果：
1、只用转轮即可实现VOCs的净化，无需在转轮外部增加一个VOCs的净化装置，净化系统结构紧凑，操作简单，投资成本和运行能耗大幅度降低。
2、辅转轮2可对经过主转轮1的气体进一步催化氧化降解，从而规避经过主转轮1后发生脱附的少量VOCs或VOCs降解中间产物排放到空气中的问题，从而实现工业含VOCs废气的高效深度净化。
附图说明
图1为一种高效的VOCs处理双转轮示意图；
图2为一种高效的VOCs处理双转轮正面示意图。
图中各个部件如下：主转轮1、辅转轮2、吸附区A、催化氧化区B。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式并不限于此。
本发明一种高效VOCs处理的双转轮，如图1和图2所示，所述双转轮由主转轮1和辅转轮2组成，且主转轮1和辅转轮2直径相同，所述主转轮1和辅转轮2同轴无间隔对接，所述主转轮1位于VOCs进口侧。所述主转轮1和辅转轮2体积比为2:1~8:1。所述双转轮为蜂窝式转轮，所述主转轮1上均匀附着的双功能吸附催化剂为分子筛负载型金属氧化物；所述辅转轮2上均匀附着的催化剂为分子筛负载型贵金属氧化物；所述分子筛负载型金属氧化物包括Cu-Mn-Ce-Zr/硅铝分子筛、Pd-Ni /硅铝分子筛、Pt-Ce/纯硅分子筛、Pd-Ce/钛硅分子筛中的一种或两种的混合物；所述分子筛负载型贵金属氧化物包括Pd /硅铝分子筛、Pd /钛硅分子筛、Pt /硅铝分子筛或Pt/钛硅分子筛中的一种或两种的混合物。所述主转轮1上附着的分子筛负载型金属氧化物质量百分数为0.5~20 wt.%，比表面积在25~1000 m2/g范围，孔径尺寸在1.2~4.0 nm范围，孔容在0.2~0.8 cm3/g范围；所述辅转轮2上附着的分子筛负载型贵金属氧化物的贵金属负载量为0.2~1.0 wt.%，比表面积在500~1000 m2/g范围，孔径尺寸在1.2~4.8 nm范围，孔容在0.2~1.0 cm3/g范围。所述双转轮还可以通过轴设置于圆形外壳内部。
实施例 1
（1）一种VOCs处理的双转轮，由主转轮1和辅转轮2组成，所述主转轮1和辅转轮2直径相同，主转轮1和辅转轮2体积比为2:1，所述主转轮1和辅转轮2同轴无间隔对接，所述主转轮1位于VOCs进口侧；主转轮1和辅转轮2上分别均匀附着分子筛负载型金属氧化物双功能吸附催化剂和分子筛负载型贵金属氧化物催化剂。
（2）一种高效的VOCs处理双转轮的制作方法：对2个蜂窝式转轮的基底材料进行酸预处理，使用酸为硝酸。主转轮1用负载型金属氧化物为Cu-Mn-Ce-Zr/硅铝分子筛；辅转轮2用分子筛负载型贵金属氧化物为Pd/硅铝分子筛。Cu-Mn-Ce-Zr/硅铝分子筛具体制备方法为：将Cu(NO3)2 1.05 g，Mn(NO3)2 1.26 g，CeO2 0.88 g，Zr(OH)4 1.65 g溶解于100 ml去离子水中，配成盐溶液，加入硅铝分子筛10 g中，以氨水作为沉淀剂缓慢加人反应溶液中，调节pH值为12，陈化12 h，过滤，洗涤，90℃下干燥2 h，400 ℃煅烧4 h，制得Cu-Mn-Ce-Zr/硅铝分子筛。Pd/硅铝分子筛具体制备方法为：将酸性PdCl2（pH = 2.5）溶液5 ml，0.19 mol/L浸渍于10 g硅铝分子筛载体中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h，制得Pd/硅铝分子筛。将分子筛负载型（贵）金属氧化物、水和硅溶胶以质量比为1:1:10混合，涂层在蜂窝式转轮的基底材料上；干燥，在200 ℃下煅烧4 h，即制得高效的VOCs处理双转轮的基组，拼装成处理VOCs的双转轮，最后将主转轮1和辅转轮2集成到一个转轮上。
实施例 2
（1）一种VOCs处理的双转轮，由主转轮1和辅转轮2组成，所述主转轮1和辅转轮2直径相同，主转轮1和辅转轮2体积比为4:1，所述主转轮1和辅转轮2同轴无间隔对接，所述主转轮1位于VOCs进口侧；主转轮1和辅转轮2上分别均匀附着分子筛负载型金属氧化物双功能吸附催化剂和分子筛负载型贵金属氧化物催化剂。
（2）一种高效的VOCs处理双转轮的制作方法：对蜂窝式转轮的基底材料进行酸预处理，使用酸为盐酸。主转轮1用负载型金属氧化物为Pd-Ni /硅铝分子筛；辅转轮2用分子筛负载型贵金属氧化物为Pt/钛硅分子筛。Pd-Ni/硅铝分子筛具体制备方法为：将Ni(NO3)2水溶液 20 ml，0.70 mol/L浸渍在硅铝分子筛10 g中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h；然后将酸性PdCl2（pH = 2.5）溶液 5 ml，0.19 mol/L浸渍于上述载体中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4h，制得Pd-Ni /硅铝分子筛。Pt/钛硅分子筛具体制备方法为：将H2PtCl6·6H2O 5 ml，0.19 mol/L水溶液中加入10 g钛硅分子筛，用0.1 mol/L NaOH水溶液调节pH值到8.5左右，在80℃搅拌1 h，过滤，洗涤，100℃干燥10 h，400℃煅烧2 h，制得Pt/钛硅分子筛。将分子筛负载型（贵）金属氧化物、水和铝溶胶以质量比为1:2:10混合，涂层在蜂窝式转轮的基底材料上；干燥，在300 ℃下煅烧3 h，即制得高效的VOCs处理双转轮的基组，拼装成处理VOCs的双转轮，最后将主转轮1和辅转轮2集成到一个转轮上。
实施例 3
（1）一种VOCs处理的双转轮，由主转轮1和辅转轮2组成，所述主转轮1和辅转轮2直径相同，主转轮1和辅转轮2体积比为6:1，所述主转轮1和辅转轮2同轴无间隔对接，所述主转轮1位于VOCs进口侧；主转轮1和辅转轮2上分别均匀附着分子筛负载型金属氧化物双功能吸附催化剂和分子筛负载型贵金属氧化物催化剂。
（2）一种高效的VOCs处理双转轮的制作方法：对蜂窝式转轮的基底材料进行酸预处理，使用酸为硫酸。主转轮1用负载型金属氧化物为Pt-Ce/纯硅分子筛；辅转轮2用分子筛负载型贵金属氧化物为Pd /硅铝分子筛和Pt/钛硅分子筛混合（质量比1:3）。将H2PtCl6·6H2O 5 ml，0.19 mol/L和Ce(NO3)3·6H2O 20 ml，0.35 mol/L水溶液的混合溶液中加入纯硅分子筛10 g，用0.1 mol/L NaOH水溶液调节pH值到8.5左右，在80℃搅拌1 h，过滤，洗涤，100℃干燥10 h，400℃煅烧2 h，制得Pt-Ce/纯硅分子筛。Pd/硅铝分子筛具体制备方法为：将酸性PdCl2（pH = 2.5）溶液5 ml，0.19 mol/L浸渍于10 g硅铝分子筛载体中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h，制得Pd/硅铝分子筛。Pt/钛硅分子筛具体制备方法为：将H2PtCl6·6H2O水溶液5 ml，0.19 mol/L中加入10 g钛硅分子筛，用0.1 mol/L NaOH水溶液调节pH值到8.5左右，在80℃搅拌1 h，过滤，洗涤，100℃干燥10 h，400℃煅烧2 h，制得Pt/钛硅分子筛。将分子筛负载型（贵）金属氧化物、水和硅溶胶以质量比为1:3:10混合，涂层在蜂窝式转轮的基底材料上；干燥，400 ℃下煅烧4 h，即制得高效的VOCs处理双转轮的基组，拼装成处理VOCs的双转轮，最后将主转轮1和辅转轮2集成到一个转轮上。
实施例 4
（1）一种VOCs处理的双转轮，由主转轮1和辅转轮2组成，所述主转轮1和辅转轮2直径相同，主转轮1和辅转轮2体积比为8:1，所述主转轮1和辅转轮2同轴无间隔对接，所述主转轮1位于VOCs进口侧；主转轮1和辅转轮2上分别均匀附着分子筛负载型金属氧化物双功能吸附催化剂和分子筛负载型贵金属氧化物催化剂。
（2）一种高效的VOCs处理双转轮的制作方法：对蜂窝式转轮的基底材料进行酸预处理，使用酸为硝酸。主转轮1用负载型金属氧化物为Pd-Ce/钛硅分子筛；辅转轮2用分子筛负载型贵金属氧化物为Pd /硅铝分子筛。Pd-Ce/钛硅分子筛具体制备方法为：将Ce(NO3)3·6H2O水溶液20 ml，0.35 mol/L浸渍在10 g硅铝分子筛中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h；然后将酸性PdCl2（pH = 2.5）5 ml，0.19 mol/L溶液浸渍于上述载体中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h，制得Pd-Ce/硅铝分子筛。Pd/硅铝分子筛具体制备方法为：将酸性PdCl2（pH = 2.5）溶液5 ml，0.19 mol/L浸渍于10 g硅铝分子筛载体中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h，制得Pd/硅铝分子筛。将分子筛负载型（贵）金属氧化物、水和铝溶胶以质量比为1:1:10混合，涂层在蜂窝式转轮的基底材料上；干燥，在500 ℃下煅烧1 h，即制得高效的VOCs处理双转轮的基组，拼装成处理VOCs的双转轮，最后将主转轮1和辅转轮2集成到一个转轮上。
实施例 5
（1）一种VOCs处理的双转轮，由主转轮1和辅转轮2组成，所述主转轮1和辅转轮2直径相同，主转轮1和辅转轮2体积比为5:1，所述主转轮1和辅转轮2同轴无间隔对接，所述主转轮1位于VOCs进口侧；主转轮1和辅转轮2上分别均匀附着分子筛负载型金属氧化物双功能吸附催化剂和分子筛负载型贵金属氧化物催化剂。
（2）一种高效的VOCs处理双转轮的制作方法：对蜂窝式转轮的基底材料进行酸预处理，使用酸为硫酸。主转轮1用负载型金属氧化物为Pd-Ni/硅铝分子筛和Pd-Ce/钛硅分子筛的混合物（质量比为1:2）；辅转轮2用分子筛负载型贵金属氧化物为Pt/钛硅分子筛。Pd-Ni /硅铝分子筛具体制备方法为：将Ni(NO3)2水溶液20 ml，0.70 mol/L浸渍在硅铝分子筛10 g中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h；然后将酸性PdCl2（pH = 2.5）溶液5 ml，0.19 mol/L浸渍于上述载体中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h，制得Pd-Ni/硅铝分子筛。Pd-Ce/钛硅分子筛具体制备方法为：将Ce(NO3)3·6H2O水溶液20 ml，0.35 mol/L浸渍在钛硅分子筛10 g中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h；然后将酸性PdCl2（pH = 2.5）溶液5 ml，0.19 mol/L浸渍于上述载体中，120℃干燥10 h，400℃煅烧4 h，制得Pd-Ce/钛硅分子筛。Pt/钛硅分子筛具体制备方法为：将H2PtCl6·6H2O水溶液5 ml，0.19 mol/L中加入10g钛硅分子筛，用0.1 mol/L NaOH水溶液调节pH值到8.5左右，在80℃搅拌1 h，过滤，洗涤，100℃干燥10 h，400℃煅烧2 h，制得Pt/钛硅分子筛。将分子筛负载型（贵）金属氧化物、水和硅溶胶以质量比为1:3:10混合，涂层在蜂窝式转轮的基底材料上；干燥，在250 ℃下煅烧2 h，即制得高效的VOCs处理双转轮的基组，拼装成处理VOCs的双转轮，最后将主转轮1和辅转轮2集成到一个转轮上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效VOCs处理的双转轮装置，其特征在于，所述双转轮由主转轮（1）和辅转轮（2）组成，且主转轮（1）和辅转轮（2）直径相同，所述主转轮（1）和辅转轮（2）同轴无间隔对接，所述主转轮（1）位于VOCs进口侧。
2.根据权利要求1所述的高效VOCs处理的双转轮装置，其特征在于，所述主转轮（1）和辅转轮（2）体积比为2:1~8:1。
3.根据权利要求1所述一种高效VOCs处理的双转轮装置，其特征在于，所述转轮为蜂窝式转轮，所述主转轮（1）上均匀附着的双功能吸附催化剂为分子筛负载型金属氧化物；所述辅转轮（2）上均匀附着的催化剂为分子筛负载型贵金属氧化物；所述分子筛负载型金属氧化物包括Cu-Mn-Ce-Zr/硅铝分子筛、Pd-Ni /硅铝分子筛、Pt-Ce/纯硅分子筛、Pd-Ce/钛硅分子筛中的一种或两种的混合物；所述分子筛负载型贵金属氧化物包括Pd /硅铝分子筛、Pd /钛硅分子筛、Pt /硅铝分子筛或Pt/钛硅分子筛中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的高效VOCs处理的双转轮装置，其特征在于，所述主转轮（1）上附着的分子筛负载型金属氧化物质量百分数为0.5~20 wt.%，比表面积在25~1000 m2/g，孔径尺寸在1.2~4.0 nm，孔容在0.2~0.8 cm3/g；所述辅转轮（2）上附着的分子筛负载型贵金属氧化物的贵金属负载量为0.2~1.0 wt.%，比表面积在500~1000 m2/g，孔径尺寸在1.2~4.8 nm，孔容在0.2~1.0 cm3/g。
5.权利要求1所述高效VOCs处理的双转轮装置的制作方法，其特征在于：包括如下方法：
（1）对蜂窝式转轮的基底材料进行酸预处理；
（2）制备分子筛负载型金属氧化物和分子筛负载型贵金属氧化物；
（3）将分子筛负载型金属氧化物或分子筛负载型贵金属氧化物、水和溶胶以质量比为1:1:10~1:3:10的比例混合，涂层在蜂窝式转轮的基底材料上；
（4）干燥，煅烧，即制得高效的VOCs处理双转轮的基组，拼装成处理VOCs的双转轮，最后将主转轮1和辅转轮2对接。
6.根据权利要求5所述高效VOCs处理的双转轮装置的制作方法，其特征在于，所述酸预处理为硝酸、盐酸或硫酸预处理。
7.根据权利要求5所述高效VOCs处理的双转轮装置的制作方法，其特征在于，所述分子筛负载型金属氧化物和分子筛负载型贵金属氧化物的制备方法为浸渍法、溶胶凝胶法或共沉淀法。
8.根据权利要求5所述高效VOCs处理的双转轮装置的制作方法，其特征在于，所述煅烧温度为200~500 ℃, 煅烧时间为1~4 h。
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