CN108704472A - 金属-有机骨架聚合物处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法 - Google Patents

金属-有机骨架聚合物处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了金属‑有机骨架聚合物用于处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法，属于金属‑有机骨架聚合物的应用和环境治理领域。金属‑有机骨架聚合物由金属中心和有机配体共同组成，具有高度规则的孔道结构，孔道的尺寸可调控，孔径大小分布均匀，活性位点分散有序，且有巨大的比表面积，有利于氮氧化物和挥发性有机污染物催化去除反应的进行。实验研究表明，在180oC~500 oC的温度范围内，能够维持较为稳定的100% NOx和VOCs去除率。本发明为金属‑有机骨架聚合物在氮氧化物和挥发性有机污染物治理领域的应用提供了一种新颖高效的方法。

Description

金属-有机骨架聚合物处理氮氧化物和挥发性有机污染物的 方法
技术领域
本发明涉一种金属-有机骨架聚合物处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法，属于金属-有机骨架聚合物的应用和环境治理领域。
技术背景
随着现代工业和运输业的不断发展，氮氧化物（NOx）和挥发性有机污染物（VOCs）过量排放引起的环境问题日益引起国内外的关注。氮氧化物主要包括NO、N2O、NO2、N2O4、N2O5等化合物。挥发性有机污染物VOCs是指在室温下具有挥发性质的有机物，目前我国环境保护局对于VOCs 的定义为： 在标准状态下饱和蒸气压较高（标准状态下大于 133.32 Pa）、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。氮氧化物和挥发性有机污染物，不仅会引发酸雨、光化学烟雾、温室效应以及臭氧层损耗等环境问题，还会引发呼吸道感染、心血管疾病而对人类健康构成威胁，因此氮氧化物和挥发性有机污染物的处理迫在眉睫。
氮氧化物的选择性催化还原(SCR)是目前应用最为广泛的一种脱硝技术，其研究的关键在于设计高效的催化剂。近年来，碳基负载过渡金属催化剂因其廉价易得，催化反应温度低、反应活性高等诸多优点而成为高效NO-SCR的研究方向。传统的碳基材料包括活性炭、碳黑、碳纤维和石墨烯及其衍生物等，碳基负载过渡金属催化剂即在上述碳基材料上负载具有催化脱硝活性的过渡金属。但是，有些过渡金属进行负载之后其活性会明显下降，负载过程也会引入灰分杂质，除此之外，由于传统的碳基材料本身结构杂乱无章、孔径大小不一，使得其催化过程不能达到理想的效果。因此，寻找一种新型高效的催化剂就成为防治氮氧化物污染的必经之路。对于挥发性有机物 VOCs的治理技术而言，目前最为常见的技术当属冷凝回收技术，但是需要消耗较大的高压和低温的能量，且无法对一些中等或者高等挥发性气体进行净化，具有较高的设备成本。所以，需要探索出更加完善且经济可行的治理技术。如果开发一种协同治理技术，在去除氮氧化物的同时也能去除挥发性有机物，那么既能同时避免这两种污染物带来的危害，又能减少二次气溶胶的形成，进而缓解光化学烟雾和臭氧层破坏等环境问题，可谓一举两得。
金属-有机骨架聚合物由金属中心和有机配体通过水热法等方法一次合成，无需后续负载过程，有机物作为材料的主要骨架，金属中心作为骨架的节点，均匀分散在有机物构成的碳骨架上。金属-有机骨架聚合物具有高度规则的孔道结构，孔道的尺寸可调控，孔径大小分布均匀，且有巨大的比表面积。进过热处理后，其优良的孔道结构及巨大的比表面积可极大的提高反应过程中气体的吸附性能，结合金属位点分散有序的特点可有效的提高气相催化反应的活性，且有抗粉尘和抗硫能力，具备碳基负载过渡金属催化剂的优势，同时又弥补了其结构上的不足。因此，将金属-有机骨架聚合物用于环境催化领域是一种很好的选择。
发明内容
针对近年来研究的碳基负载过渡金属环境催化剂结构杂乱无章、孔径大小不一、催化效果不佳等问题，本发明首次将金属-有机骨架聚合物用于环境催化领域处理氮氧化物和挥发性有机污染物。
为了达到上述发明的目的，采用如下技术方案：
（1）等多种材料。
（1）将上述金属-有机骨架聚合物用于催化去除NOx和VOCs污染气体，具体应用方法如下：
步骤1，对金属-有机骨架聚合物进行热处理，所述的金属-有机骨架聚合物为Cu-BDC、Cu-BTC、Ni-BTC或MIL-53(Fe)，具体热处理方法如下：
(a) 称取一定量的金属-有机骨架聚合物样品均匀铺开在刚玉舟内，将盛有样品的刚玉舟置于管式炉内；
(b) 向管式炉中通入N2，流量为0.2 ml/min，持续20 min，将管式炉中的空气吹扫干净；
(c) 启动管式炉程序升温系统，在250oC恒温2小时，同时将N2流量降低至0.1 ml/min，持续通入；
(d) 样品冷却至室温后取出，筛分至100目~150目，得到热处理后的粉末状金属-有机骨架聚合物，备用；
步骤2，进行去除NOx和VOCs污染气体的催化反应处理方法，其方法如下：
(a) 取适量热处理后的金属-有机骨架聚合物，置于塞有石英棉的反应管中；
(b) 将反应管进行程序升温加热至180oC~500 oC，在此温度范围内，热处理后的金属-有机骨架聚合物均能起到去除氮氧化物（NOx）和挥发性有机污染物（VOCs）的效果；
(c) 通入NOx和VOCs污染气体。在本发明中，控制反应空速在10000-40000 h-1范围内能使热处理后的金属-有机骨架聚合物发挥高效去除NOx和VOCs污染气体的作用；根据此反应空速决定NOx和VOCs污染气体的运行流速及热处理后的金属-有机骨架聚合物填料量（反应空速=气体流量/填料体积）；当待处理的NOx和VOCs污染气体浓度过高时，可以通过降低反应空速或者使用其它气体，如氩气等稀释污染气体；随着处理的进行，金属-有机骨架聚合物对污染物的去除会慢慢失效，需要及时更换以取得良好的处理效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1，金属-有机骨架聚合物Cu-BDC用于处理氮氧化物和挥发性有机污染物的应用方法：
（1）对金属-有机骨架聚合物Cu-BDC进行热处理，具体处理步骤：
(a) 称取一定量的Cu-BDC样品均匀铺开在刚玉舟内，将盛有样品的刚玉舟置于管式炉内；
(b) 向管式炉中通入N2，流量为0.2 ml/min，持续20 min，将管式炉中的空气吹扫干净；
(c) 启动管式炉程序升温系统，在250oC恒温2小时，同时将N2流量降低至0.1 ml/min，持续通入；
(d) 样品冷却至室温后取出，筛分至100目~150目，得到粉末状金属-有机骨架聚合物Cu-BDC材料。
（2）进行去除NOx和VOCs污染气体的催化反应处理，其方法如下：
(a) 取适量热处理后的金属-有机骨架聚合物Cu-BDC，置于塞有石英棉的反应管中；
(b) 将反应管进行程序升温加热至180oC~500 oC ；
(c) 通入NOx和VOCs污染气体。实验研究表明，在180oC~500 oC的温度范围内，能够维持较为稳定的100% NOx和VOCs去除率。
实施例2，金属-有机骨架聚合物Cu-BTC用于处理氮氧化物和挥发性有机污染物的应用方法：
（1）对金属-有机骨架聚合物Cu-BTC进行热处理，具体处理步骤：
(a) 称取一定量的Cu-BTC样品均匀铺开在刚玉舟内，将盛有样品的刚玉舟置于管式炉内；
(b) 向管式炉中通入N2，流量为0.2 ml/min，持续20 min，将管式炉中的空气吹扫干净；
(c) 启动管式炉程序升温系统，在250oC恒温2小时，同时将N2流量降低至0.1 ml/min，持续通入；
(d) 样品冷却至室温后取出，筛分至100目~150目，得到粉末状金属-有机骨架聚合物Cu-BTC材料。
（2）进行去除NOx和VOCs污染气体的催化反应处理，其方法如下：
(a) 取适量热处理后的金属-有机骨架聚合物Cu-BTC，置于塞有石英棉的反应管中；
(b) 将反应管进行程序升温加热至180oC~500 oC ；
(c) 通入NOx和VOCs污染气体。实验研究表明，在180oC~500 oC的温度范围内，能够维持较为稳定的100% NOx和VOCs去除率。
实施例3，金属-有机骨架聚合物Ni-BTC用于处理氮氧化物和挥发性有机污染物的应用方法：
（1）对金属-有机骨架聚合物Ni-BTC进行热处理，具体处理步骤：
(a) 称取一定量的Ni-BTC样品均匀铺开在刚玉舟内，将盛有样品的刚玉舟置于管式炉内；
(b) 向管式炉中通入N2，流量为0.2 ml/min，持续20 min，将管式炉中的空气吹扫干净；
(c) 启动管式炉程序升温系统，在250oC恒温2小时，同时将N2流量降低至0.1 ml/min，持续通入；
(d) 样品冷却至室温后取出，筛分至100目~150目，得到粉末状金属-有机骨架聚合物Ni-BTC材料。
（2）进行去除NOx和VOCs污染气体的催化反应测试，其方法如下：
(a) 取适量热处理后的金属-有机骨架聚合物Ni-BTC，置于塞有石英棉的反应管中；
(b) 将反应管进行程序升温加热至180oC~500 oC ；
(c) 通入NOx和VOCs污染气体。实验研究表明，在180oC~500 oC的温度范围内，能够维持较为稳定的100% NOx和VOCs去除率。
实施例4，金属-有机骨架聚合物MIL-53(Fe) 用于处理氮氧化物和挥发性有机污染物的应用方法：
（1）对金属-有机骨架聚合物MIL-53(Fe) 进行热处理，具体处理步骤：
(a) 称取一定量的MIL-53(Fe) 样品均匀铺开在刚玉舟内，将盛有样品的刚玉舟置于管式炉内；
(b) 向管式炉中通入N2，流量为0.2 ml/min，持续20 min，将管式炉中的空气吹扫干净；
(c) 启动管式炉程序升温系统，在250oC恒温2小时，同时将N2流量降低至0.1 ml/min，持续通入；
(d) 样品冷却至室温后取出，筛分至100目~150目，得到粉末状金属-有机骨架聚合物MIL-53(Fe) 材料。
（2）进行去除NOx和VOCs污染气体的催化反应测试，其方法如下：
(a) 取适量热处理后的金属-有机骨架聚合物MIL-53(Fe)，置于塞有石英棉的反应管中；
(b) 将反应管进行程序升温加热至180oC~500 oC ；
(c) 通入NOx和VOCs污染气体。实验研究表明，在180oC~500 oC的温度范围内，能够维持较为稳定的100% NOx和VOCs去除率。

Claims (1)

1.一种金属-有机骨架聚合物处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
（1）对金属-有机骨架聚合物进行热处理，所述的金属-有机骨架聚合物为：Cu-BDC、Cu-BTC、Ni-BTC或MIL-53(Fe) ；
(a) 称取一定量的金属有机骨架聚合物样品均匀铺开在刚玉舟内，将盛有样品的刚玉舟置于管式炉内；
(b) 向管式炉中通入N2，流量为0.2 ml/min，持续20 min，将管式炉中的空气吹扫干净；
(c) 启动管式炉程序升温系统，在250oC恒温2小时，同时将N2流量降低至0.1 ml/min，持续通入；
(d) 样品冷却至室温后取出，筛分至100目~150目，得到热处理后的粉末状金属-有机骨架聚合物，备用；
（2）进行去除NOx和VOCs污染气体的催化反应处理方法，其方法如下：
(a) 取适量热处理后的金属-有机骨架聚合物，置于塞有石英棉的反应管中；
(b) 将反应管进行程序升温加热至180oC~500 oC，在此温度范围内，热处理后的金属-有机骨架聚合物均能起到去除氮氧化物（NOx）和挥发性有机污染物（VOCs）的效果；
(c) 通入NOx和VOCs污染气体；控制反应空速在10000-40000 h-1范围内能使热处理后的金属-有机骨架聚合物发挥高效去除NOx和VOCs污染气体的作用；根据此反应空速决定NOx和VOCs污染气体的运行流速及热处理后的金属-有机骨架聚合物填料量（反应空速=气体流量/填料体积）；当待处理的NOx和VOCs污染气体浓度过高时，可以通过降低反应空速或者使用其它气体，如氩气等稀释污染气体；随着处理过程的进行，金属-有机骨架聚合物对污染物的去除会慢慢失效，需要及时更换以取得良好的处理效果。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110385034A (zh) * 2019-07-25 2019-10-29 江苏中科睿赛环境工程有限公司 一种生物-吸附催化的废气联合处理系统及联合处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086637A1 (en) * 2002-11-05 2004-05-06 Envichem Co., Ltd. & Pohang University Of Science & Technology Method of coating catalyst carrier layer of metal-metal oxide, method of depositing active catalyst particles onto metal substrates for preparing metal monolith catalyst modules, and module thereby
CN103418239A (zh) * 2013-07-20 2013-12-04 大连理工大学 以金属有机骨架材料为催化剂用于选择性催化还原脱除氮氧化物
CN103752169A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 大连理工大学 金属-有机骨架材料Cu-BTC用于选择性催化还原法脱除氮氧化物
CN106732782A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 福州大学 一种h2s选择性氧化催化剂的制备方法及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086637A1 (en) * 2002-11-05 2004-05-06 Envichem Co., Ltd. & Pohang University Of Science & Technology Method of coating catalyst carrier layer of metal-metal oxide, method of depositing active catalyst particles onto metal substrates for preparing metal monolith catalyst modules, and module thereby
CN103418239A (zh) * 2013-07-20 2013-12-04 大连理工大学 以金属有机骨架材料为催化剂用于选择性催化还原脱除氮氧化物
CN103752169A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 大连理工大学 金属-有机骨架材料Cu-BTC用于选择性催化还原法脱除氮氧化物
CN106732782A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 福州大学 一种h2s选择性氧化催化剂的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
谢昆 等著: "《纳米技术在水污染控制中的应用》", 30 June 2014, 武汉：武汉大学出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110385034A (zh) * 2019-07-25 2019-10-29 江苏中科睿赛环境工程有限公司 一种生物-吸附催化的废气联合处理系统及联合处理方法

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