CN109865518A - 一种用于微波无极光催化净化voc的催化剂制备方法 - Google Patents
一种用于微波无极光催化净化voc的催化剂制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109865518A CN109865518A CN201711407209.XA CN201711407209A CN109865518A CN 109865518 A CN109865518 A CN 109865518A CN 201711407209 A CN201711407209 A CN 201711407209A CN 109865518 A CN109865518 A CN 109865518A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- carrier
- active component
- voc
- salt solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title abstract description 15
- 239000003517 fume Substances 0.000 claims description 31
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 20
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 claims description 19
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 18
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 13
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 11
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical group 0.000 claims description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 abstract description 16
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 42
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 23
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 16
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 7
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 7
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000005441 aurora Substances 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007806 chemical reaction intermediate Substances 0.000 description 1
- 230000002153 concerted effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000008157 edible vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002803 maceration Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 235000015927 pasta Nutrition 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical group [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明提供了一种用于微波无极光催化净化VOC的催化剂制备方法，所述催化剂能够与微波无极光协同作用，高效降解油烟VOC，所述催化剂的制备采用特定配比的廉价金属的氧化物作为活性组分，利用等体积浸渍法一步负载到规整载体上，该制备方法简单易行，可操作性强。
Description
技术领域
本发明属于烟气净化领域，具体涉及一种用于微波无极光催化净化VOC的催化剂制备方法。
背景技术
近年来，随着我国城市化进程的快速推动，餐饮行业呈现井喷式发展，导致了厨房油烟污染的日趋严重。在高温的条件先，食用油产生大量热氧化分解产物，当发烟点达到170℃时，出现初期分解的蓝烟雾，随着温度的继续升高，分解速度加快，当温度达到250℃时，油面出现大量油烟，并伴有刺鼻气味。油烟具有气态、液态、固态三种形式，气态污染物(VOC)与空气形成混合气体；大颗粒的液态、固态污染物分布在空气中形成可自然沉降悬浊物；小颗粒的液态、固态污染物分布在空气中形成相对稳定的气溶胶，从厨房未经处理直接排出的油烟废气同时含有上述3中形态的污染物。
相关研究表明，厨房油烟对PM2.5的贡献可达13％，已经被视作和工业废气、机动车尾气一起的城市大气污染的“三大杀手”。除此之外，厨房油烟中含有大量的NOX/多环芳烃等“三致”物质，常规的处理技术很难进行达标处理。目前已有的厨房烟气处理技术，如等离子体处理技术、电晕放电处理技术、臭氧催化技术等，但均存在污染物综合处理效果差、不能完全达标排放，运行能耗高等缺点。
此外，在现阶段有关油烟VOC催化氧化处理的过程中，仅涉及常规的催化氧化技术，催化剂活性组分通常需要添加Pt、 Pd等稀有贵金属，或者添加稀土元素，这就导致了催化剂成本较高，限制了催化剂的实际使用价值。而且，由于油烟中VOC 浓度波动范围大，往往浓度偏低，因此这些常规的催化剂氧化净化VOC的反应过程放热不可控，多数情况下热量无法自持，需要外界输入能量对催化反应过程进行加热，以确保反应过程能够进行下去，运行成本也较高。
因此，提供一种净化厨房油烟VOC效率高、成本低且反应过程的热量可以自控的催化剂及其制备方法是目前亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：采用特定配比的廉价金属的氧化物作为活性组分，利用等体积浸渍法一步负载到规整载体上，制得的催化剂催化性能稳定，能够与微波无极光协同作用，高效催化降解厨房油烟VOC，从而完成了本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供以下方面:
(1)、一种净化厨房油烟VOC的催化剂，所述催化剂包括载体和负载在载体上的活性组分，其中，所述载体具有规整结构。
(2)、根据上述(1)所述的净化厨房油烟VOC的催化剂，其中，所述载体具有蜂窝状结构，由堇青石、碳化硅或莫来石中的一种或多种组成，
优选地，所述载体由堇青石和/或碳化硅组成。
(3)、根据上述(1)所述的净化厨房油烟VOC的催化剂，其中，所述催化剂具有多种活性组分，优选具有两种，
更优选地，所述活性组分为金属氧化物。
(4)、根据上述(4)所述的净化厨房油烟VOC的催化剂，其中，所述活性组分选自氧化锰、氧化钴、氧化铜、氧化铁和氧化铈中的任意两种，优选由氧化铜和氧化锰构成；
所述活性组分中氧化铜和载体的重量比为(1～10)：100，氧化锰与载体的重量比为(2～15)：100。
(5)、一种制备上述(1)至(4)之一所述的催化剂的方法，其中，该方法包括以下步骤：
步骤(1)，配置活性组分的混合盐溶液；
步骤(2)，将上述混合盐溶液浸渍到载体表面；
步骤(3)，将上述浸渍后的载体进行干燥、焙烧，制得催化剂。
(6)、根据上述(5)所述的方法，其中，步骤(1)中，所述活性组分的混合盐溶液为硝酸盐混合溶液、硫酸盐混合溶液、盐酸盐混合溶液、甲酸盐混合溶液或乙酸盐混合溶液中的一种或多种，优选为硝酸盐混合溶液。
(7)、根据上述(5)所述的方法，其中，步骤(2)中，在将混合盐溶液浸渍到载体表面之前，先测定载体的吸水率，
优选地，所述混合盐溶液的体积与载体可吸附液体的体积相同。
(8)、根据上述(5)所述的方法，其中，步骤(3)中，所述焙烧为先在300～400℃下焙烧1～3h，再升温至400～500℃下焙烧2～4h。
(9)、根据上述(8)所述的方法，其中，所述升温为匀速升温，所述升温速率为1～3℃/min。
(10)、根据上述(1)至(4)之一所述的催化剂在净化厨房油烟VOC方面的应用。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明提供的净化厨房油烟VOC的催化剂，其活性组分采用特定配比的廉价金属氧化物，不需要添加贵金属或稀土元素，就能起到良好的催化降解效果，生产成本低；
(2)本发明提供的净化厨房油烟VOC的催化剂，在微波无极光的作用下，催化剂载体上负载的活性组分能够高效去除油烟中的挥发性有机化合物(VOC)，同时活性组分能够吸收无极光自身产生热量，使整个反应系统能够维持较高的反应温度，无需外界加热；
(3)本发明提供的净化厨房油烟VOC的催化剂，对油烟中VOC的浓度适用范围较广，使用方便，适合大规模工业化生产；
(4)本发明提供的净化厨房油烟VOC的催化剂的制备方法简单，操作可控，活性组分采用等体积浸渍法一步负载到载体上，能够准确定量且分布均匀；
(5)本发明提供的净化厨房油烟VOC的催化剂的制备方法，在焙烧过程中，采用匀速升温的方法，制得的催化剂性能稳定。
附图说明
图1的a示出本发明中所述催化剂的截面示意图；
图1的b示出本发明中所述催化剂截面的局部放大图。
具体实施方式
下面通过优选实施方式和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
根据本发明的第一方面，提供了一种净化厨房油烟VOC的催化剂，该催化剂包括载体和负载在载体上的活性组分，其中，所述载体具有规整结构。
本发明人经过研究发现，在微波无极光的作用下，催化剂中的活性组分能够吸收无极光发热，起到自热作用，无需额外对反应系统内的催化剂进行加热，就能够高效降解厨房油烟中的VOC。
其中，所述微波无极光是微波无极灯利用微波发生器产生的高频电磁波激发灯内填充气体产生紫外线，其中不仅含有传统紫外灯的254nm的谱线，同时具有高辐射能量的185nm波长的紫外线，可直接光降解污染物，处理污染物的效率高。
在本发明中，所述催化剂以具有规整结构的载体为基体，催化剂即为规整结构催化剂，所述规整催化剂兼有催化剂和反应器的特点与性能，具有低压降、低能耗、优良的传递性能、体积小等优点。且与传统颗粒催化剂填料相比，具有高孔隙率、较高的比表面积及较短的扩散距离，能够通过简单的串联或并联即可实现规整结构催化剂的放大。
根据本发明一种优选的实施方式，所述载体具有多孔结构，为耐高温载体。
优选地，所述载体为易堆积结构，便于实现催化剂的放大。
更优选地，所述载体为立方体结构或圆柱体结构，在载体内部均匀设置有通孔，为催化反应提供场所。
其中，所述催化剂的活性组分负载在通孔内壁上，以便于与污染物充分反应，所述通孔截面优选为正方形。
在进一步优选的实施方式中，所述载体由堇青石、碳化硅或莫来石中的一种或多种组成，
优选地，所述载体由堇青石和/或碳化硅组成。
本发明人进过研究发现，若要在微波场中使催化剂更有效地利用微波能来提高催化降解的效率，需要借助非反应活性相的吸波物质，而堇青石和碳化硅具有抗氧化和耐高温特性，作为载体使用能够显著提高催化剂的吸波性能和催化活性。
在更进一步优选的实施方式中，所述载体的孔隙率为 30-60％，比表面积为10-100m2/g。
其中，所述孔隙率是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。
根据本发明一种优选的实施方式，所述催化剂具有多种活性组分，优选具有两种。
在进一步优选的实施方式中，所述活性组分为金属氧化物，优选为廉价金属氧化物。
本发明人经过研究发现，本申请中的催化剂，只添加一定比例的廉价金属氧化物，就能起到良好的催化降解效果，使得生产成本进一步降低。
在更进一步优选的实施方式中，所述活性组分选自氧化锰、氧化钴、氧化铜、氧化铁或氧化铈，
优选地，所述活性组分由氧化铜和氧化锰构成。
在本发明中，催化剂选用双活性组分，通过两种金属氧化物之间的协同催化作用，可以降低有机分子催化氧化反应的活化能，加速降解反应中间体，提高反应速率。
其中，在微波无极光的作用下，催化剂载体上负载的活性成分能够发挥降解作用，高效去除油烟中的VOC；同时，活性成分还能够吸收无极光自身产生热量，使得整个反应系统能够维持较高的温度，无需外界加热，降低了运行成本。
根据本发明一种优选的实施方式，所述活性组分中氧化铜和载体的重量比为(1～10)：100，氧化锰与载体的重量比为 (2～15)：100。
在进一步优选的实施方式中，所述活性组分中氧化铜和载体的重量比为(2～8)：100，氧化锰与载体的重量比为(3～12)： 100。
在更进一步优选的实施方式中，所述活性组分中氧化铜和载体的重量比为(2～5)：100，氧化锰与载体的重量比为(5～10)： 100。
根据本发明一种优选的实施方式，所述催化剂在反应温度为200～400℃下催化活性最高。
其中，所述反应温度为负载有活性组分的催化剂区域的温度。，催化剂中的活性组分能够吸收无极光自身产生热量，使得整个反应系统的反应温度维持在200～400℃下，无需外界加热，使催化剂有最佳的降解效率。
在本发明中，在一定的气体流量条件下，调节载体中吸收微波的活性组分的配比，可实现反应温度的调节。
在进一步优选的实施方式中，所述催化剂在反应温度为 250～350℃下催化活性最高。
根据本发明的第二方面，提供了一种制备上述催化剂的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，配置活性组分的混合盐溶液；
根据本发明一种优选的实施方式，所述活性组分的混合盐溶液为可溶性盐的混合溶液。
在进一步优选的实施方式中，所述活性组分的混合盐溶液为硝酸盐混合溶液、硫酸盐混合溶液、盐酸盐混合溶液、甲酸盐混合溶液或乙酸盐混合溶液中的一种或多种。
在更进一步优选的实施方式中，所述活性组分的混合盐溶液为硝酸盐混合溶液。
步骤2，将上述混合盐溶液浸渍到载体表面；
本发明人经过研究发现，对于多组分催化剂来说，多次浸渍、多次焙烧的方法，意味着催化剂载体每浸渍一种活性组分后，就要干燥、焙烧一次。如果催化剂活性组分为三种，就要反复浸渍、焙烧三次，这便导致催化剂制备过程漫长、复杂、生产成本高，而且催化剂的性能容易产生波动。因此，在本发明中采用双组份等体积一步浸渍、焙烧法制备催化剂。
根据本发明一种优选的实施方式，在步骤2将混合盐溶液浸渍到载体表面之前，先测定载体的吸水率。
其中，吸水率的测定方法为：
(1)取部分载体进行称重，记录重量m1；
(2)用去离子水浸泡载体(水量以没过载体为准)，浸泡一定时间后取出，沥干水分，然后用滤纸吸干表面残余的水分，然后再称重，记为m2；
(3)根据二者的重量差计算吸水率，得到单位质量载体可吸收的水的质量，吸水率＝(m2-m1)/m1×100％，进而根据吸水率计算出单位质量载体能吸收的溶液的体积。
在进一步优选的实施方式中，根据吸水率计算所述载体的吸水体积，量取与载体吸水体积相同的混合盐溶液，浸渍到载体表面。
其中，所述活性组分采用等体积浸渍法一步负载到载体上，步骤简单，所得催化剂活性组分能够准确定量，且活性组分分布较为均匀。
在更进一步优选的实施方式中，所述浸渍的时间为12-24h。
步骤3，将上述浸渍后的载体进行干燥、焙烧，制得催化剂。
所述干燥的温度为100-150℃，干燥时间为24-48h。
根据本发明一种优选的实施方式，所述焙烧为先在 300～400℃下焙烧1～3h，再升温至400～500℃下焙烧2～4h。
在进一步优选的实施方式中，所述焙烧为先在320～380℃下焙烧1.5～2.5h，再升温至420～480℃下焙烧2.5～3.5h。
优选地，所述焙烧为先在350℃下焙烧2h，再升温至450℃下焙烧3h。
在更进一步优选的实施方式中，所述升温为匀速升温，所述升温速率为1～3℃/min，优选为1.7℃/min。
其中，催化剂焙烧的过程采用匀速升温的方法，使制得的催化剂性能稳定。
本发明人发现，当升温速率大于3℃/min时，制得的催化剂的形貌不均匀；当升温速率低于1℃/min时，反应时间过长，且有副产物产生。
任选地，将所述制得的催化剂进行降温冷却。本发明对降温冷却的方法不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种能将固体冷却的方法，如自然冷却法、人工冷却法等，优选为自然冷却法。
在本发明中，利用上述方法制得的催化剂，与微波无极光协同作用，能够使厨房油烟VOC的净化率达到90％以上，且制备步骤简单，成本低。
根据本发明的第三方面，提供一种上述第一方面所述催化剂在净化厨房油烟VOC方面的应用。
厨房油烟VOC是造成大气污染的重要来源之一，常规的处理技术很难进行达标处理，目前已有的厨房烟气处理技术，如等离子体处理技术、电晕放电处理技术、催化技术等，均存在污染物综合处理效果差、不能完全达标排放，运行能耗高等缺点。
在本发明中，本发明提供的催化剂能够在微波无极光的作用下催化降解厨房油烟VOC，降解率高达93.75％，且无需外界加热即能使反应系统维持较高的反应温度。
其中，在微波无极光的照射下，规整催化剂中的活性组分与油烟VOC进行充分反应，能够高效降解VOC；同时，还能够吸收无极光自身产生热量，使得整个反应系统能够维持较高的反应温度，无需外界加热，降低了运行成本。
实施例
以下通过具体实例进一步描述本发明，不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1
(一)
按照活性组分CuO与MnO2与载体堇青石的重量比分别为 2:100和10:100，称取活性组分的硝酸盐配置成混合溶液，
其中，如图1所示，所述堇青石载体为圆柱体结构，在圆柱体内部均匀设置有多个通孔，所述堇青石载体的孔隙率为50％，比表面积为50m2/g。
(二)
计算载体的吸水体积：
(1)取部分堇青石载体进行称重，记录重量m1；
(2)用去离子水浸泡堇青石载体(水量以没过载体为准)，浸泡一定时间后取出，沥干水分，然后用滤纸吸干表面残余的水分，然后再称重，记为m2；
(3)根据二者的重量差计算吸水率，得到单位质量堇青石载体可吸收的水的质量，吸水率＝(m2-m1)/m1×100％，进而根据吸水率计算出单位质量堇青石载体能吸收的溶液的体积。
等体积浸渍：
计算所用堇青石载体的吸水体积，量取与载体吸水体积相同的步骤(1)中的硝酸盐混合溶液，浸渍到堇青石载体表面，浸渍时间为12h。
(三)将上述浸渍后的载体在105℃下干燥36h，之后在 350℃下焙烧2h，再用1h匀速升温至450℃，并保温3h，自然冷却降温后制得催化剂。
实施例2
本实施例所用方法与实施例1所用方法相似，区别仅在于，所述载体为碳化硅，所述活性组分CuO与MnO2与碳化硅载体的重量比均为5:100。
对比例
对比例1
本对比例所用方法与实施例1所用方法相似，区别仅在于所述活性组分仅包括CuO。
对比例2
本对比例所用方法与实施例1所用方法相似，区别仅在于所述活性组分仅包括MnO2。
对比例3
(一)按照活性组分CuO与MnO2与载体堇青石的重量比分别为2:100和10:100，称取活性组分的硝酸盐分别配置成溶液，
其中，所述堇青石载体的孔隙率为50％，比表面积为 50m2/g。
(二)将活性组分CuO的硝酸盐溶液浸渍到堇青石载体表面，浸渍时间为12h，浸渍后在105℃下干燥36h，之后在350℃下焙烧2h，再用1h匀速升温至450℃，并保温3h，制得负载一种活性组分的催化剂。。
(三)将活性组分MnO2的硝酸盐溶液浸渍到上述(二)制得的负载一种活性组分的催化剂表面，浸渍时间为12h，浸渍后在105℃下干燥36h，之后在350℃下焙烧2h，再用1h匀速升温至 450℃，并保温3h，自然冷却后制得催化剂。
实验例
实验例1
本实验例以实施例1和实施例2制得的催化剂为样品，计算其在反应温度为250℃、280℃、300℃和350℃下对厨房油烟 VOC的去除率，结果如表1所示。其中，处理前的油烟VOC浓度为40mg/m3，去除率＝(处理前浓度-处理后浓度)/处理前浓度×100％。
表1实施例1和实施例2制得催化剂在不同反应温度下对厨房油烟VOC的处理效果
由表1可知，本发明中所述的催化剂在反应温度为 250～350℃范围内，对厨房油烟VOC的去除效果随着温度的升高而提高，最高去除率为93.75％。
其中，反应温度为油烟VOCs催化降解提供热力学条件，温度越高，反应越快。
实验例2
本实验例以实施例2和对比例1～3制得的催化剂为样品，计算其在反应温度为350℃下对厨房油烟VOC的去除率，结果如表2所示。其中，处理前的油烟VOC浓度为40mg/m3，去除率＝ (处理前浓度-处理后浓度)/处理前浓度×100％。
表2实施例2和对比例1～3制得催化剂对厨房油烟VOC的处理效果
由上述可知，本发明中制得的双活性组分催化剂与对比例1 和对比例2中单活性组分的催化剂相比，对油烟VOC的去除率分别提高52.44％和34.89％；本发明中采用的等体积一步浸渍法制得的催化剂与对比例3中多次浸渍法制得的催化剂相比，对油烟VOC的去除率提高了15.38％。
综上所述，本发明提供的净化厨房油烟VOC的制备方法，制得的催化剂，催化性能高且稳定，对油烟VOC的去除效率高达93.75％。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种净化厨房油烟VOC的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和负载在载体上的活性组分，其中，所述载体具有规整结构。
2.根据权利要求1所述的净化厨房油烟VOC的催化剂，其特征在于，所述载体具有蜂窝状结构，由堇青石、碳化硅或莫来石中的一种或多种组成，
优选地，所述载体由堇青石和/或碳化硅组成。
3.根据权利要求1所述的净化厨房油烟VOC的催化剂，其特征在于，所述催化剂具有多种活性组分，优选具有两种，
更优选地，所述活性组分为金属氧化物。
4.根据权利要求3所述的净化厨房油烟VOC的催化剂，其特征在于，所述活性组分选自氧化锰、氧化钴、氧化铜、氧化铁和氧化铈中的任意两种，优选由氧化铜和氧化锰构成；
所述活性组分中氧化铜和载体的重量比为(1～10)：100，氧化锰与载体的重量比为(2～15)：100。
5.一种制备权利要求1至4之一所述的催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤(1)，配置活性组分的混合盐溶液；
步骤(2)，将上述混合盐溶液浸渍到载体表面；
步骤(3)，将上述浸渍后的载体进行干燥、焙烧，制得催化剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述活性组分的混合盐溶液为硝酸盐混合溶液、硫酸盐混合溶液、盐酸盐混合溶液、甲酸盐混合溶液或乙酸盐混合溶液中的一种或多种，优选为硝酸盐混合溶液。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，在将混合盐溶液浸渍到载体表面之前，先测定载体的吸水率，
优选地，所述混合盐溶液的体积与载体可吸附液体的体积相同。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述焙烧为先在300～400℃下焙烧1～3h，再升温至400～500℃下焙烧2～4h。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述升温为匀速升温，所述升温速率为1～3℃/min。
10.根据权利要求1至4之一所述的催化剂在净化厨房油烟VOC方面的应用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711261789 | 2017-12-04 | ||
| CN2017112617896 | 2017-12-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109865518A true CN109865518A (zh) | 2019-06-11 |
Family
ID=66916796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711407209.XA Pending CN109865518A (zh) | 2017-12-04 | 2017-12-22 | 一种用于微波无极光催化净化voc的催化剂制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109865518A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113209996A (zh) * | 2020-01-21 | 2021-08-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于微波强化催化氧化处理VOCs的催化剂及其制备方法和应用 |
| WO2022116379A1 (zh) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | 万华化学集团股份有限公司 | 一种催化剂的制备方法及降低聚醚多元醇中voc含量的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1962056A (zh) * | 2006-11-02 | 2007-05-16 | 吉林大学 | 去除油烟的催化剂及其制备方法 |
| EP2783741A2 (en) * | 2011-01-26 | 2014-10-01 | Ford Global Technologies, LLC | SCR and LNT catalysts for combined LNT-SCR applications |
| CN104338528A (zh) * | 2013-07-30 | 2015-02-11 | 江苏瑞丰科技实业有限公司 | 常温甲醛催化剂的制备 |
-
2017
- 2017-12-22 CN CN201711407209.XA patent/CN109865518A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1962056A (zh) * | 2006-11-02 | 2007-05-16 | 吉林大学 | 去除油烟的催化剂及其制备方法 |
| EP2783741A2 (en) * | 2011-01-26 | 2014-10-01 | Ford Global Technologies, LLC | SCR and LNT catalysts for combined LNT-SCR applications |
| CN104338528A (zh) * | 2013-07-30 | 2015-02-11 | 江苏瑞丰科技实业有限公司 | 常温甲醛催化剂的制备 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 唐谟堂等: "《精细冶金》", 30 September 2017, 中南大学出版社 * |
| 李悦: "微波光协同催化降解油烟中VOCs研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
| 王尚弟等: "《催化剂工程导论》", 31 August 2001, 化学工业出版社 * |
| 田维亮主编: "《化学工程与工艺专业实验》", 28 February 2015, 华东理工大学出版社 * |
| 马文娇等: "堇青石负载非贵金属复合氧化物催化氧化甲苯的性能研究", 《山东化工》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113209996A (zh) * | 2020-01-21 | 2021-08-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于微波强化催化氧化处理VOCs的催化剂及其制备方法和应用 |
| CN113209996B (zh) * | 2020-01-21 | 2023-05-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于微波强化催化氧化处理VOCs的催化剂及其制备方法和应用 |
| WO2022116379A1 (zh) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | 万华化学集团股份有限公司 | 一种催化剂的制备方法及降低聚醚多元醇中voc含量的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105478134B (zh) | 一种在常温下净化空气的适用性负载型催化剂 | |
| CN104888806B (zh) | 一种失活钒钛基蜂窝状脱硝催化剂联合脱硝脱汞改性的再生方法 | |
| CN108993499B (zh) | 一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法 | |
| CN111151306B (zh) | 一种整体催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN104785302B (zh) | 选择性催化还原脱硝催化剂及其制法和应用 | |
| CN109939689A (zh) | 一种稀土矿整体催化剂、制备方法及其应用 | |
| CN101695651B (zh) | 一种铜铁改性活性炭吸附剂及其制备方法 | |
| CN103736484A (zh) | 一种用于甲醛净化的负载型类整体式催化剂及其制备方法 | |
| CN107790152B (zh) | 一种用于脱除有害气体的催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108246312A (zh) | 具有低温活性挥发性有机污染物净化的催化剂及制备方法 | |
| CN108816244B (zh) | 一种催化氧化降解甲醛的纳米碳基复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN104174425B (zh) | 一种用于挥发性有机物催化氧化的催化剂及其制备方法 | |
| CN102247746A (zh) | 一种甲醛消除剂及其制备方法 | |
| CN109174151A (zh) | 一种用于空气净化三维多孔氮化硼复合材料及其制备方法 | |
| CN103599793A (zh) | 室温去除甲醛的负载型铜锰复合氧化物催化剂及制备方法 | |
| CN106732579A (zh) | 用于有机废气低温催化燃烧的纳米贵金属整体催化剂及其制备方法 | |
| CN103212288A (zh) | 一种用于脱除丙烯腈废气的方法 | |
| CN104907097B (zh) | 常温高效除一氧化碳催化材料 | |
| CN106040247A (zh) | 一种用于氨选择性催化氧化的催化剂及其制备方法 | |
| CN107497442A (zh) | 一种制备高效稀土元素负载铜铝基催化剂的方法及其所制备的催化剂 | |
| CN109865518A (zh) | 一种用于微波无极光催化净化voc的催化剂制备方法 | |
| CN107649121A (zh) | 一种锰基脱硝催化剂的改性方法和改性锰基脱硝催化剂及制备方法 | |
| CN107511160A (zh) | 一种MOX/g‑C3N4@SiO2催化剂的制备方法及其应用 | |
| Hossain et al. | Plasma-catalytic oxidation of volatile organic compounds with honeycomb catalyst for industrial application | |
| CN113385184B (zh) | 协同放电等离子体催化降解VOCs的Mn-Co-La复合催化剂及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190611 |