CN107213884A - 一种利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氧化物改性的方法领域，并公开了一种利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法。该方法将洗涤和干燥后的金属氧化物移至等离子体反应器中，在室温空气气氛下对其进行等离子体处理，得到强氧化性的金属氧化物。通过本发明，实现金属氧化物的等离子体处理，提高金属氧化物的氧化性，操作方法简单，耗时短，成本低，适用范围广。

Description

一种利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法
技术领域
本发明属于氧化物改性的方法领域，更具体地，涉及一种利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法。
背景技术
金属氧化物是一种重要的氧化剂，常用来氧化气体或液体，如SCR催化剂、脱汞吸附剂、甲苯氧化剂、废液苯二甲酸去除剂等，金属氧化物的制备方法对其氧化性能影响很大，氧化性能越强，金属氧化物的氧化效率越好，且使用时间越长。
目前，主要的氧化技术有芬顿法、臭氧氧化法和湿式氧化法等。虽然传统的芬顿法氧化性能强，但是该方法所用试剂量大，要求高，耗时长，还存在二次污染的威胁。臭氧氧化法的制臭氧成本较高且寿命短。湿式氧化法反应要求高，成本较贵；等离子体是继固、气、液三态的第四态，主要由光子、电子、基态电子或分子、激发态原子或分子以及正负离子组成。在等离子体的作用下，被处理物分子的化学键被破坏而发生电离、解离和激发，这些活性粒子处于激发态，很活泼，使一些用其他手段难以实现的化学反应在等离子体内得以进行。
专利CN200710100693等离子处理装置和等离子处理方法，该方法中提出的方法是将待处理物体依次暴露在含氟和烃类的等离子体气氛下，从而能在腔室内表面形成二次再结晶层，该方法对反应气氛要求严，反应成本高；专利CN200810202246金属氧化物纳米粉体大气压常温等离子体改性处理方法，该方法提出将等离子体气体喷射到金属氧化物纳米粉体表面，从而产生同性相斥减少纳米颗粒的团聚现象，该方法实施的对象是纳米粉体的金属氧化物，对金属氧化物的形态要求高，而且反应中需要将等离子体气体进行喷射，反应条件要求严格。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法，通过对金属氧化物的等离子体处理，由此解决金属氧化物氧化性低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
将洗涤并干燥后的金属氧化物，在室温空气氛围中进行等离子体处理，其中，所述等离子处理的处理电压0V～30kV，处理时间0s～3h，电频率0Hz～20kHz。
进一步优选地，所述金属氧化物为包含一种金属、多种金属或负载在非金属上的金属氧化物。
进一步优选地，所述包含一种金属的金属氧化物为三氧化二锰、二氧化铈、氧化铜、三氧化二钴或五氧化二钒中的一种或者多种的混合物。
进一步优选地，所述等离子处理在等离子体反应器中进行，该反应器两电极板间距不大于4cm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过对金属氧化物的等离子体处理，实现了金属氧化物的等离子化处理，增强了金属氧化物的氧化性，缩短了氧化时间，避免了二次污染，减少了氧化成本；
2、本发明提出的方法处理包含一种金属、多种金属或负载在非金属上的金属氧化物，可根据不同物质的氧化性能需求，改变等离子体处理电压和时间，从而制备不同氧化性的金属氧化物，达到最优的经济效益，该方法适用范围广；
3、本发明通过在空气中采用等离子体处理增加吸附剂的氧化性的方法，一方面该方法的来源——空气充足，源源不断；另一方面也降低了反应成本。
4、本发明提供的方法整体步骤简单，耗时短，成本低廉，且反应过程便于质量控制，所制得的金属氧化物氧化性高，显著提高产品的实际使用性能，适用于大批量的工业化生产。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法流程图。如图1所示，本发明涉及一种利用等离子体制备强氧化性金属氧化物的方法，具体制备步骤如下：
1)金属氧化物用去离子水洗涤，去除吸附剂表面的飞灰和杂质；
2)干燥步骤1)所得的金属氧化物；
3)将所得的金属氧化物移至等离子体反应器中，在室温空气气氛下对其进行等离子体处理，得到强氧化性的金属氧化物。
其中，所述的金属氧化物为纯金属氧化物或混合金属氧化物。
所述的纯金属氧化物包括三氧化二锰、二氧化铈、氧化铜、三氧化二钴或五氧化二钒等。
所述的混合金属氧化物包括负载在非金属类(如AC、SiO2、Al2O3、硅铝氧化物等)上的金属氧化物、两种金属氧化物的混合物或三种及以上的金属氧化物的混合物。
所述的反应器两电极板中间就是放入样品的。距离太宽电就有可能击不穿，产生不了低温，等离子体处理参数为：0<处理时间≤3小时，0<处理电压≤30kV，0<处理电频率≤20kHz，0<电极板间距≤4cm，处理气氛为空气。
所述的强氧化性金属氧化物可用于氧化气体或液体，同时可根据不同的氧化性能要求，改变等离子体处理电压、时间和电极板间距，达到最优的经济效益。
实施例1
利用等离子体处理金属氧化物，制备高效脱汞的金属类(非碳基)吸附剂。等离子体处理的金属氧化物的氧化性能提高，从而吸附剂的氧化单质汞的能力增强，从而降低了吸附剂的用量，降低了吸附剂的使用成本。将金属锰氧化物MnOx在空气下等离子体处理5分钟，处理电压为12kV，频率12kHz，电极板间距2cm。然后将改性的高氧化性的金属氧化物进行脱汞实验。脱汞实验在总气流量为1L/min、原始单质汞的浓度为90μg/m3的一个固定床上进行。吸附剂的用量是50mg，吸附温度130℃，吸附时间为30min。实验结果发现：原始金属锰氧化物的脱汞效率只有约67％，而经过等离子体处理的金属锰氧化物的脱汞效率高达91％以上。
实施例2
利用等离子体处理金属氧化物，制备高效脱硝的金属类催化剂。等离子体处理的催化剂氧化性能增强，从而延长了催化剂的使用时间和脱硝效率。将常用的商业SCR催化剂V2O5/WO3/TiO2在空气下等离子体处理30分钟，处理电压为15kV，频率8kHz，电极板间距1cm。然后将改性的高氧化性的SCR催化剂进行脱硝实验。脱硝实验在总气流量为3L/min、原始NO浓度为500mg/m3的一个固定床上进行。吸附剂的用量是5mg，吸附温度350℃。实验结果发现：经过10小时后，原始商业SCR催化剂的脱硝效率只有约71％，而经过等离子体处理的SCR催化剂的脱硝效率高达89％以上。
实施例3
利用等离子体处理金属氧化物，再生可重复利用的脱汞金属类(非碳基)吸附剂。等离子体处理后，铁锰吸附剂FeMnOx的氧化性能提高，从而在重复利用时其吸附汞的效率高于未处理的金属氧化物吸附剂。将具有磁性的铁锰吸附剂FeMnOx在空气下等离子体处理1分钟，处理电压为4kV，频率5kHz，电极板间距1.5cm。然后将改性的铁锰吸附剂FeMnOx进行脱汞再生实验。脱汞再生实验在总气流量为0.8L/min、原始单质汞的浓度为120μg/m3的一个固定床上进行。吸附剂的用量是5mg，吸附温度130℃，吸附时间为30min。实验结果发现：原始铁锰吸附剂FeMnOx在第二次重复利用时吸附汞效率从第一次的90％下降到59％，而经过等离子体处理的铁锰吸附剂FeMnOx在第二次重复利用时吸附汞效率高达82％。
实施例4
利用等离子体处理金属氧化物，制备高氧化性的柴油车催化剂。柴油车催化剂主要是将柴油车尾气中的CO和烃类转化成无污染的CO2和H2O。催化剂的氧化性能越高，其转化率越高。将常用一种柴油车尾气氧化催化剂在空气下等离子体处理10分钟，处理电压为6kV，频率20kHz，电极板间距3cm。然后将改性的柴油车尾气氧化催化剂进行CO和烃类转化实验。实验结果发现：相比于原始柴油车尾气氧化催化剂，经过等离子体处理的柴油车尾气氧化催化剂的转化率大幅度提高，同时具有很好的活性和耐久性。
实施例5
利用等离子体处理金属氧化物，制备高氧化性的CO2捕捉剂。捕捉剂的氧化性能越强，其捕捉CO2的效率越好。将常用CO2捕捉剂CaO在空气下等离子体处理3小时，处理电压为6.8kV，频率8kHz，电极板间距1cm。然后将改性的金属氧化物CaO进行CO2捕捉实验。CO2捕捉实验在原始CO2浓度为60mL/min的一个固定床上进行。吸附剂从室温以10℃/min的升温速率升至600℃。实验结果发现：相比于原始金属氧化钙，经过等离子体处理的氧化钙的CO2循环吸收性能大幅度提高，循环10次后CO2吸收效率仍高达80％以上。
实施例6
利用等离子体处理金属氧化物，制备高氧化性的甲苯氧化剂。氧化剂的氧化性能越好，甲苯的去除率越高。将负载锰的γ-Al2O3氧化剂在空气下等离子体处理1分钟，处理电压为30kV，频率7kHz，电极板间距4cm。然后将负载锰的γ-Al2O3氧化剂进行甲苯氧化实验。甲苯氧化实验结果发现：相比于未经等离子体处理的氧化剂，经过等离子体处理的负载锰的γ-Al2O3氧化剂的甲苯去除率大幅度提高，最高效果可达100％。
实施例7
利用等离子体处理金属氧化物，制备高氧化性的苯二甲酸废液去除剂。将制备的Au/TiO2/AC混合金属氧化物在空气下等离子体处理1小时，处理电压为3.7kV，频率4.2kHz，电极板间距1.8cm。然后将Au/TiO2/AC混合金属氧化物进行对水中苯二甲酸进行氧化脱除。氧化实验结果发现：相比于未经等离子体处理的混合金属氧化物，经过等离子体处理的Au/TiO2/AC混合金属氧化物反应1小时后，苯二甲酸的去除率可达85％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用等离子体技术增强金属氧化物氧化性的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
将洗涤并干燥后的金属氧化物，在室温空气氛围中进行等离子体处理，其中，所述等离子处理的处理电压0V～30kV，处理时间0s～3h，电频率0Hz～20kHz。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物为包含一种金属、多种金属或负载在非金属上的金属氧化物。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述包含一种金属的金属氧化物为三氧化二锰、二氧化铈、氧化铜、三氧化二钴或五氧化二钒中的一种或者多种的混合物。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述等离子处理在等离子体反应器中进行，该反应器两电极板间距不大于4cm。
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