CN109893998A - 一种用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂 - Google Patents

一种用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂 Download PDF

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胡朝霞
吕鸿定
陈守文
朱鹏飞
郭奕彤
姚怡媛
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Abstract

本发明公开了一种用于除去挥发性有机污染物的吸附‑低温热催化剂。该方法具体如下：硝酸铈、高锰酸钾、硅藻土在酸性条件下，通过水热合成方法制备Dt/Mn2Ce1粉末，通过造粒、干燥、焙烧后得到具有吸附催化降解甲苯类VOCs的催化剂球状颗粒。本发明制备的催化材料中，硅藻土具有良好VOCs的吸附能力，同时与Mn‑Ce的结合提供催化活性位点，实现了原位吸附‑催化氧化，因此表现了高效的甲苯的降解能力，90％降解温度降至300℃，100％降解温度降至340℃。

Description

一种用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂
技术领域
本发明为一种用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂，属于VOCs处理领域。
背景技术
近年来环境污染问题，尤其是大气污染问题严重影响了人类的健康。大气中存在着大量的挥发性有机污染物(VOCs)，如苯、甲苯、甲醛、丙酮、二氯乙烷等，它们参与大气中的光化学反应，形成颗粒污染物，最终造成了区域或全球气候环境问题。其中，甲苯类占VOCs的比例最大。
吸附法是应用最广、技术最成熟的传统VOCs净化方法，而热催化法则是目前应用最多的新兴VOCs治理技术。
热催化法是通过利用热催化剂在一定的条件和温度(250-500℃)、时间下促进燃烧反应。催化剂具有提高反应速率的作用，将VOCs氧化转化为CO2、H2O及无机小分子物质。反应如式(1.1)所示：
热催化是目前降解废气中的VOCs最有效的方法，使用此方法具有很多优势，如净化效率高、能源消耗低、无二次污染等。
Journal of Water Process Engineering,2017,19:112-119文中采用自然硅藻土为硅基制备了三种多孔硅基球用于染料污染净化，它们的孔径分别为180-90nm,107-54nm和61-23nm。Applied Catalysis B:Environmental,2006,62:265-273文中通过沉积-沉淀法在硅藻土粉末上负载了不同的锰氧化物制备了硅藻土-Mn热催化剂。实验结果表明，该材料对甲苯的燃烧温度为215-348℃，Mn14.1-400具有最佳的催化性能，在温度为215℃下对甲苯降解高达90％。但粉末类催化剂在应用方面受到了很大限制。现有技术中，存在的问题是：硅藻土-Mn催化剂成球状后，催化性能明显下降。
发明内容
本发明的目的提供一种用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂，应用于VOCs降解处理。
实现本发明的目的提供技术方案为：
一种用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂，该催化剂通过如下方法制备：将硝酸铈、高锰酸钾、硅藻土在酸性条件下，通过水热发合成制备Dt/Mn2Ce1粉末；制得的Dt/Mn2Ce1粉末通过造粒、干燥、焙烧后，得到Dt/Mn2Ce1-S球状颗粒。
进一步的，硅藻土、高锰酸钾和六水合硝酸铈按照质量计的比例为：硅藻土360份，高锰酸钾37.9份，六水合硝酸铈52份。。
进一步的，所述的酸性条件为pH＝2，通过加入盐酸进行调节。
进一步的，水热合成条件为：固体：水＝1:5，反应条件为100℃，24h。
进一步的，造粒条件为：按质量比84％Dt/Mn2Ce1粉末，3％淀粉，5％碳酸钙，5％碳酸镁，3％硅酸钠，25mL纯水，混匀后，通过制丸机造粒。
进一步的，干燥、焙烧过程如下：在80℃下干燥5h，在900℃煅烧1h，冷却后得到催化剂产品Dt/Mn2Ce1-S。
本发明与现有的技术相比，优点是：
(1)本发明制备的催化材料中，硅藻土具有良好VOCs的吸附能力，同时与Mn-Ce的结合提供催化活性位点，实现了原位吸附-催化氧化，因此表现了高效的甲苯的降解能力。
(2)本发明制备的催化剂颗粒具有强度高、颗粒尺寸可以灵活调节的优点，便于实际的生产应用。
附图说明
图1为本发明的吸附催化剂Dt/Mn2Ce1-S对甲苯吸附-热催化降解结果。结果表明，Dt/Mn2Ce1-S表现了高效的甲苯的降解能力，90％降解温度降至300℃，100％降解温度降至340℃。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详述
硝酸铈、高锰酸钾、硅藻土在酸性条件下，通过水热合成方法制备Dt/Mn2Ce1粉末，通过造粒、干燥、焙烧后得到具有吸附催化降解甲苯类VOCs的催化剂球状颗粒。
实施例
(1)催化剂基体粉末(Dt/Mn2Ce1)的制备
取52.0g六水合硝酸铈、37.9g高锰酸钾溶解于1000mL水中，搅拌20min；用37％盐酸调节pH＝2；搅拌20min；加入360g硅藻土粉末，在室温下反应2h。
混合溶液转移至1500mL密闭反应釜中，升温至100℃，反应12h。冷却至室温后取出，过滤后用纯水和乙醇冲洗2-3次，在80℃下干燥6h。然后在350℃下煅烧4h，材料冷却之后磨细即得到目标样品Dt/Mn2Ce1粉末。
(2)催化剂颗粒(Dt/Mn2Ce1-S)的制备：
将84g Dt/Mn2Ce1，3g淀粉，5g碳酸钙，5g碳酸镁，3g硅酸钠及25mL纯水混匀后，用制丸机造粒。在80℃下干燥5h，在900℃煅烧1h，冷却后得到催化剂产品。
图1显示了Dt/MnSiO3-S和Dt/Mn2Ce1-S对于甲苯的热催化降解性能。
从图1可知，Dt/MnSiO3-S在260℃和340℃时能达到50％(T50)和90％(T90)的甲苯转化率，且在380℃时甲苯完全被转化。而Dt/Mn2Ce1-S具有最佳的甲苯热催化氧化性能。在250℃和310℃时甲苯转化率分别为50％和90％，且在340℃时甲苯完全被转化。
本发明采用的改性硅藻土吸附-热催化剂具有较高的比表面积和丰富的氧吸附活性位点，这使得硅藻土具有很高的物理吸附性能，对于吸附和消除空气中的有害气体具有很大的实用前景。而硅藻土颗粒/MnSiO3具有纳米薄片的结构，这种结构的特征是比表面积增大，产生更多的催化活性位，Ce的引入，可以与Si、Mn协同作用，从而可以提高对VOCs降解的氧化催化性能。

Claims (7)

1.一种用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂，其特征在于，该催化剂通过如下方法制备：将硝酸铈、高锰酸钾、硅藻土在酸性条件下，通过水热发合成制备Dt/Mn2Ce1粉末；制得的Dt/Mn2Ce1粉末通过造粒、干燥、焙烧后，得到Dt/Mn2Ce1-S球状颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，硅藻土、高锰酸钾和六水合硝酸铈按照质量计的比例为：硅藻土360份，高锰酸钾37.9份，六水合硝酸铈52份。
3.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述的酸性条件为pH＝2，通过加入盐酸进行调节。
4.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，水热合成法：反应条件为100℃，24h。
5.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，造粒条件为：按质量比84％Dt/Mn2Ce1粉末，3％淀粉，5％碳酸钙，5％碳酸镁，3％硅酸钠，25mL纯水，混匀后，通过制丸机造粒。
6.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，干燥、焙烧过程如下：在80℃下干燥5h，在900℃煅烧1h，冷却后得到催化剂产品Dt/Mn2Ce1-S。
7.一种如权利要求1-7任一项所述的用于除去挥发性有机污染物的吸附-低温热催化剂的制备方法。
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