CN114570365A - 一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺 - Google Patents
一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114570365A CN114570365A CN202210225192.0A CN202210225192A CN114570365A CN 114570365 A CN114570365 A CN 114570365A CN 202210225192 A CN202210225192 A CN 202210225192A CN 114570365 A CN114570365 A CN 114570365A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceo
- plasma
- catalyst
- carrier
- preparation
- 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 78
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 7
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- PLKATZNSTYDYJW-UHFFFAOYSA-N azane silver Chemical compound N.[Ag] PLKATZNSTYDYJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 11
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims description 8
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 7
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 6
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 6
- 230000002153 concerted effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 5
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract 1
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 229910004664 Cerium(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000005842 biochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- VYLVYHXQOHJDJL-UHFFFAOYSA-K cerium trichloride Chemical compound Cl[Ce](Cl)Cl VYLVYHXQOHJDJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/66—Silver or gold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
- B01D53/323—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 by electrostatic effects or by high-voltage electric fields
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8668—Removing organic compounds not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8665
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/869—Multiple step processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/104—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
- B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明公开了一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺。该制备方法如下：一、通过等离子体化学气相沉积法对CeO2载体进行预处理，得到密布缺陷的CeO2载体。二、经过步骤一处理的CeO2载体加入到银氨溶液中，并进行搅拌，使得Ag锚定至CeO2载体表面的缺陷中。三、对步骤二所得产物进行煅烧，得到Ag/CeO2单原子催化剂。本发明利用等离子体化学气相沉积法对载体进行预处理后制备单原子催化剂的方法。通入氩气对CeO2载体进行刻蚀，等离子体对CeO2载体起到调节缺陷位点和电子结构的改性作用，更利于有效提高单原子催化剂中贵金属单原子的负载率，提升了贵金属原子的利用率以及单原子催化剂的催化效果和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺。
背景技术
来源于工业制造、交通运输和室内的挥发性有机化合物(VOCs)是大气污染的主要来源。VOCs不仅是气溶胶、光化学烟雾以及臭氧的前体；同时也会对人体产生极大的危害，长期接触会导致许多人类疾病，包括癌症、心血管疾病和其他一些潜在的疾病。目前，为了减少VOCs的排放，已经发展了来源控制、过程控制和终端控制三种技术。虽然前两种技术可以减少VOCs的产生或排放，但目前常见的VOCs处理技术主要以末端治理为主。末端治理技术包括两类，第一类是非破坏性方法，即采用物理方法将VOC回收(吸收法，吸附法，冷凝法和膜分离法等)；第二类是通过生化反应将VOC氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法(燃烧法，催化氧化法和生物法等)。虽然以上工艺是减少VOCs的可行途径，但这些传统的技术有一些缺点，特别是低浓度VOC的处理。这些方法具有低的能量选择性以及高的运行成本，并且在实际情况下难以适应VOC浓度和气体流量的剧烈变化。因此需要一种有效、经济的减排技术来满足世界各国日益严格的排放法规。
目前，人们发现单一的治理技术难以满足日渐严格的VOCs排放法规，因此联合治理技术逐渐走入人们的视线。开发有效、经济的VOCs减排技术迫在眉睫。低温等离子体技术能在较低温度下处理VOCs并具有较高的处理效率，且与催化剂的结合能够进一步提升处理效率，可提高对目标产物的选择性，是一种极具前景的VOCs处理技术。
近年来，单原子催化剂(SACs)作为一种新兴的催化剂广泛地受到了关注。单原子催化剂是一种金属以单原子形式均匀分散在载体上形成的具有优异催化性能的催化剂。单原子催化剂材料由于其极大的原子利用率、均匀且可控的金属活性位点、以及其独特的金属载体间的相互作用，展现出明显优异于传统催化剂的性能。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种等离子体协同单原子催化剂处理VOCs的方法及装置，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型等离子体制备单原子催化剂的方法以及等离子体协同该单原子催化剂处理VOCs的方法，本发明基于反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型优化制备单原子催化剂合适的放电工艺参数，为等离子体协同单原子催化剂处理VOCs优化条件，提高VOCs转化率以及CO2选择性。
第一方面，本发明提供一种Ag/CeO2单原子催化剂的制备方法，其通过等离子体化学气相沉积法对CeO2载体进行预处理后，使Ag以单原子形式负载到CeO2载体上。
该制备方法的具体步骤如下：
步骤一、将CeO2载体放置于等离子体气相沉积设备中，抽真空，通入保护气体至稳定压强，等离子体气相沉积设备启动，在CeO2载体的表面形成用于负载Ag原子的缺陷。
步骤二、经过步骤一处理的CeO2载体加入到银氨溶液中，并进行搅拌，使得Ag以单原子形式锚定至CeO2载体表面的缺陷中。
步骤三、对步骤二所得产物进行煅烧，得到Ag/CeO2单原子催化剂。
作为优选，步骤一中所述的保护气体采用氩气。氩气流量控制在100sccm～200sccm，通过控制氩气流量调控CeO2载体表面的缺陷密度。
作为优选，步骤一中，等离子体气相沉积设备的工作功率为300W～500W。
作为优选，步骤二中所述的银氨溶液的制备过程为：将硝酸银溶于去离子水中，滴加过量氨水获得银氨溶液。
作为优选，步骤三所得Ag/CeO2单原子催化剂中，Ag负载量为1wt％～5wt％。
作为优选，步骤三中的煅烧条件为：在马弗炉中500℃煅烧4h～6h。
第二方面，本发明提供一种使用人工神经网络模型的单原子催化剂制备参数优化方法，其具体步骤为：
步骤一、设置多组不同的放电工艺参数，并分别根据各组放电工艺参数进行催化剂制备；放电工艺参数包括氩气流量、等离子体气相沉积设备功率、煅烧时间、Ag负载量；分别将所得催化剂置于DBD等离子体反应器中进行VOCs处理试验，并记录试验中催化剂的VOCs去除率和CO2选择性。
步骤二、以前述的各放电工艺参数作为4个输入变量，以VOCs去除率和CO2选择性作为2个输出变量，构建神经网络。以两个输出变量最高作为期望，对各个输入变量进行网格搜索，预测出在不同的输入变量下对应的输出变量；选取最符合期望的输出变量及其对应的放电工艺参数；根据所得的放电工艺参数进行催化剂制备。
第三方面，本发明提供一种利用等离子体协同单原子催化的VOCs处理工艺。该VOCs处理工艺使用的等离子体协同催化处理VOCs装置，包括低温等离子体电源，以及依次连接的湿度罐、混气罐和介质阻挡放电反应器。混气罐与介质阻挡放电反应器之间设置有进气阀。低温等离子体电源为介质阻挡放电反应器供电。
该VOCs处理工艺的具体步骤如下：
步骤一、将根据前述制备方法得到的Ag/CeO2单原子催化剂放置于介质阻挡放电反应器的等离子体放电区域内。将污染物气体输入混气罐或将污染物液体打入湿度罐后通过鼓泡后进入混气罐。
步骤二、开启进气阀使混气罐中废气进入介质阻挡放电反应器；介质阻挡放电反应器启动，进行等离子放电，产生的等离子体协同催化剂通过对废气中的VOCs进行降解。
作为优选，等离子体电源采用高压电源、直流电源、脉冲电源中的任意一种，且其输出功率能够调节。
作为优选，所述的介质阻挡放电反应器采用四通道双介质阻挡反应器。
作为优选，Ag/CeO2单原子催化剂与玻璃珠混合后铺设在介质阻挡放电反应器的等离子体放电区域中，以保证放电均匀。
作为优选，介质阻挡放电反应器每个通道中填充的Ag/CeO2单原子催化剂的质量为0.2g。
本发明具有的有益效果在于：
1.本发明利用等离子体化学气相沉积法对载体进行预处理后制备单原子催化剂的方法。通入氩气对CeO2载体进行刻蚀，等离子体对CeO2载体起到调节缺陷位点和电子结构的改性作用，更利于有效提高单原子催化剂中贵金属单原子的负载率，提升了贵金属原子的利用率以及单原子催化剂的催化效果和稳定性。
2.本发明在等离子体协同催化处理VOCs的应用中使用了单原子催化剂。与传统热催化相比，等离子体系由于具有可在较低温度下发生反应的优点而被广泛使用。而单原子催化剂在高温条件下会引起单原子的迁移，使催化剂发生团聚，进而烧结成纳米颗粒导致催化剂失活。因此，在等离子体较低温度的反应体系下，等离子体与单原子催化剂能够更好地产生协同作用。
3.本发明采用反向传播人工神经网络模型调控单原子催化剂的制备参数优化方法，通过构建以放电工艺参数为输入变量，VOCs去除率和CO2选择率为输出变量的神经网络，预测出在不同的放电工艺参数下对应的催化剂VOCs去除率和CO2选择率，选取最符合期望催化剂对应的放电工艺参数。
4.本发明采用的介质阻挡放电反应器为一段式四通道管式反应器，四个反应器通道可以同时处理气体，实现大气量VOCs的同时处理。该反应器具有放电区域与Ag/CeO2催化剂充分接触的优点，使催化剂暴露在反应物中的比表面积增大，提高催化活性。
附图说明
图1为本发明实施例1所得Ag/CeO2单原子催化剂的TEM图；
图2为本发明实施例2所得Ag/CeO2单原子催化剂的TEM图；
图3为本发明实施例2所得Ag/CeO2单原子催化剂的EDX图；
图4为本发明实施例4中的等离子体协同催化处理VOCs装置的示意图。
标号说明：
1-湿度罐；2-混气罐；3-介质阻挡放电反应器；4-低温等离子体电源。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
一种Ag/CeO2单原子催化剂的制备方法，具体如下：
将1.5g CeCl3·7H2O溶解在蒸馏水中，在搅拌下快速加入4gNaOH。搅拌10min后，将所得溶液转移到衬有聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，温度为130℃，持续18h。通过过滤收集产物，用蒸馏水洗涤以除去任何可能的离子残留物，然后在室温下干燥20小时并在300℃下煅烧4小时，得到CeO2样品。将5g上述所得的CeO2样品放入等离子体气相沉积设备中，以100sccm的流速通入氩气，调节功率为300W，运行仪器30min后，得到改性CeO2样品。在改性CeO2样品上负载2wt％Ag后洗涤过滤，在马弗炉中500℃条件下煅烧4h，得到Ag/CeO2单原子催化剂。所得Ag/CeO2单原子催化剂的TEM图如图1所示，可以看出，所得Ag/CeO2单原子催化剂样品为纳米棒状，表面未发现明显的Ag纳米团簇，说明Ag有可能是以单原子形式负载在CeO2载体上。
实施例2
采用与实施例1中同样的操作条件获得CeO2样品。将5g上述所得的CeO2样品放入等离子体气相沉积设备中，以150sccm的流速通入氩气，调节功率为400W，运行仪器30min后，得到改性CeO2样品。在改性CeO2样品上负载3wt％Ag后洗涤过滤，在马弗炉中500℃条件下煅烧6h，得到Ag/CeO2单原子催化剂。所得Ag/CeO2单原子催化剂的TEM图如图2所示，EDX图如图3所示。与实施例1中所合成样品相比，煅烧6h样品产生了明显的晶格条纹。同样地，TEM图片中未发现Ag纳米团簇的存在，但EDX结果显示了Ag峰的存在，这说明Ag确实是以单原子的形式负载于CeO2纳米棒上，成功使用该方法制备Ag/CeO2单原子催化剂。
实施例3
一种使用人工神经网络模型的单原子催化剂制备参数优化方法，包括以下步骤：
步骤一、设置多组不同的放电工艺参数，并分别根据各组放电工艺参数进行催化剂制备；放电工艺参数包括氩气流量、等离子体气相沉积设备功率、煅烧时间、Ag负载量；分别将所得催化剂置于DBD等离子体反应器中进行VOCs处理试验，并记录试验中催化剂的VOCs去除率和CO2选择性。
步骤二、以前述的各放电工艺参数作为4个输入变量，以VOCs去除率和CO2选择性作为2个输出变量，构建反向传播人工神经网络。以两个输出变量最高作为期望，对各个输入变量进行网格搜索，预测出在不同的输入变量下对应的输出变量；选取最符合期望的输出变量及其对应的放电工艺参数；根据所得的放电工艺参数进行催化剂制备。
实施例4
如图4所示，一种Ag/CeO2单原子催化剂与等离子体协同催化处理VOCs的工艺采用的等离子体协同催化处理VOCs装置，包括湿度罐1、混气罐2、介质阻挡放电反应器3和低温等离子体电源4。湿度罐1有多个。所有湿度罐1的输入口分别通过输入泵与液体污染物的输出管道连接；所有湿度罐1的输出口均连接至混气罐2的输入口连接。混气罐2的输入口还与气体污染物通过进气泵连接。
介质阻挡放电反应器3的多个通道的输入接口均与混气罐2的输出口通过进气阀连接。介质阻挡放电反应器3的多个通道的输出接口均连接至输出管道。低温等离子体电源4为介质阻挡放电反应器3供电。等离子体电源4采用高压电源。
所述的介质阻挡放电反应器3采用四通道双介质阻挡反应器。介质阻挡放电反应器3每个通道中Ag/CeO2单原子催化剂的填充质量为0.2g。Ag/CeO2单原子催化剂与玻璃珠混合后铺设在介质阻挡放电反应器3的等离子体放电区域中。
将所得Ag/CeO2单原子催化剂放置于四通道双介质阻挡反应器中评价其对甲苯的转化率。设置反应条件为：甲苯初始浓度1000ppm，高纯空气作为载气，流速4L/min，放电功率20W。结果显示，甲苯去除率为94.7％，CO2转化率高达89.3％。
Claims (10)
1.一种Ag/CeO2单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤一、将CeO2载体放置于等离子体气相沉积设备中，抽真空，通入保护气体至稳定压强，等离子体气相沉积设备启动，在CeO2载体的表面形成用于负载Ag原子的缺陷；
步骤二、经过步骤一处理的CeO2载体加入到银氨溶液中，并进行搅拌，使得Ag以单原子形式锚定至CeO2载体表面的缺陷中；
步骤三、对步骤二所得产物进行煅烧，得到Ag/CeO2单原子催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种Ag/CeO2单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤一中所述的保护气体采用氩气；氩气流量控制在100sccm～200sccm，通过控制氩气流量调控CeO2载体表面的缺陷密度。
3.根据权利要求1所述的一种Ag/CeO2单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤一中，等离子体气相沉积设备的工作功率为300W～500W。
4.根据权利要求1所述的一种Ag/CeO2单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤三所得Ag/CeO2单原子催化剂中，Ag负载量为1wt％～5wt％。
5.根据权利要求1所述的一种Ag/CeO2单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤三中的煅烧条件为：在马弗炉中500℃煅烧4h～6h。
6.一种使用人工神经网络模型的单原子催化剂制备参数优化方法，其特征在于：步骤一、设置多组不同的放电工艺参数，并分别根据各组放电工艺参数，按照权利要求2所述的制备方法进行催化剂制备；放电工艺参数包括氩气流量、等离子体气相沉积设备功率、煅烧时间、Ag负载量；分别将所得催化剂置于DBD等离子体反应器中进行VOCs处理试验，并记录试验中催化剂的VOCs去除率和CO2选择性；
步骤二、以前述的各放电工艺参数作为4个输入变量，以VOCs去除率和CO2选择性作为2个输出变量，构建神经网络；以两个输出变量最高作为期望，对各个输入变量进行网格搜索，预测出在不同的输入变量下对应的输出变量；选取最符合期望的输出变量及其对应的放电工艺参数；根据所得的放电工艺参数进行催化剂制备。
7.一种利用等离子体协同单原子催化的VOCs处理工艺，其特征在于：使用的等离子体协同催化处理VOCs装置，包括低温等离子体电源，以及依次连接的湿度罐、混气罐和介质阻挡放电反应器；混气罐与介质阻挡放电反应器之间设置有进气阀；低温等离子体电源为介质阻挡放电反应器供电；
该VOCs处理工艺的具体步骤如下：
步骤一、将权利要求1-5中任意一项所述的制备方法得到的Ag/CeO2单原子催化剂放置于介质阻挡放电反应器中；将污染物气体输入混气罐或将污染物液体打入湿度罐后通过鼓泡后进入混气罐；
步骤二、开启进气阀使混气罐中废气进入介质阻挡放电反应器；介质阻挡放电反应器启动，进行等离子放电，产生的等离子体协同催化剂通过对废气中的VOCs进行降解。
8.如权利要求7所述的VOCs处理工艺，其特征在于：等离子体电源采用微波电源或脉冲电源，且其输出功率能够调节。
9.如权利要求7所述的VOCs处理工艺，其特征在于：所述的介质阻挡放电反应器采用四通道双介质阻挡反应器；介质阻挡放电反应器每个通道中填充的Ag/CeO2单原子催化剂的质量为0.2g。
10.如权利要求7所述的VOCs处理工艺，其特征在于：Ag/CeO2单原子催化剂与玻璃珠混合后铺设在介质阻挡放电反应器的等离子体放电区域中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210225192.0A CN114570365A (zh) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | 一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210225192.0A CN114570365A (zh) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | 一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114570365A true CN114570365A (zh) | 2022-06-03 |
Family
ID=81773685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210225192.0A Pending CN114570365A (zh) | 2022-03-09 | 2022-03-09 | 一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114570365A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110846680A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种多缺陷和活性位点的电催化剂的制备方法 |
| CN111346620A (zh) * | 2018-12-21 | 2020-06-30 | 大庆净达环保科技有限公司 | 具有吸附性能的改性材料、其制备方法及用途 |
| CN111715024A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-29 | 浙江工业大学 | 用于燃料电池空气净化的吸附催化材料及其智能设计方法 |
| CN113634289A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-12 | 海南大学 | 一种单原子催化剂的制备方法和装置 |
| CN113941370A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-18 | 南京工业大学 | 一种采用等离子体制备整体式催化剂堇青石载体的方法 |
-
2022
- 2022-03-09 CN CN202210225192.0A patent/CN114570365A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111346620A (zh) * | 2018-12-21 | 2020-06-30 | 大庆净达环保科技有限公司 | 具有吸附性能的改性材料、其制备方法及用途 |
| CN110846680A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种多缺陷和活性位点的电催化剂的制备方法 |
| CN111715024A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-29 | 浙江工业大学 | 用于燃料电池空气净化的吸附催化材料及其智能设计方法 |
| CN113634289A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-12 | 海南大学 | 一种单原子催化剂的制备方法和装置 |
| CN113941370A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-18 | 南京工业大学 | 一种采用等离子体制备整体式催化剂堇青石载体的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ZULIANG WU ET AL.: ""Enhanced energy efficiency and reduced nanoparticle emission on plasma catalytic oxidation of toluene using Au/γ-Al2O3 nanocatalyst"", 《CHEMICAL ENGINEERINGJOURNAL》, vol. 427, pages 1 * |
| 吴兰贞: ""介质阻挡放电对Pt/CeO2催化剂的作用机理研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）工程科技Ⅰ辑》, no. 1, pages 24 - 25 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113333011B (zh) | 一种复合催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN106064101A (zh) | 一种铁基MOFs光催化材料及其制备与应用 | |
| CN106391009A (zh) | 一种用于VOCs催化氧化用的催化剂的制备方法及应用 | |
| CN113318787B (zh) | 金属基底上原位生长mof的催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105060456A (zh) | 湿式催化氧化处理污水的装置及方法 | |
| CN108786896B (zh) | 一种贵金属催化剂的制备方法 | |
| Nie et al. | Non-thermal plasma-enhanced catalytic activation of Mn–Zr–La/Al2O3 catalyst for meta-xylene degradation: Synergetic effects and degradation mechanism | |
| CN113546659B (zh) | 采用配位法的高分散CeCN-urea-N2材料及其制备方法和应用 | |
| CN113457438A (zh) | 低温等离子体改性氧化铝基催化剂脱除硫化氢、磷化氢、砷化氢的方法 | |
| CN113975946A (zh) | 一种等离子体与光催化剂协同转化二氧化碳的方法 | |
| CN206823546U (zh) | 一种等离子体催化净化气体处理装置 | |
| CN114570365A (zh) | 一种单原子催化剂的制备方法和VOCs处理工艺 | |
| CN102941129A (zh) | 一种负载型光催化剂及其制备方法与应用 | |
| Xu et al. | Intensifying internal electric field for efficient charge separation in different dimensions photocatalysts via in-situ crystallization | |
| CN113649065B (zh) | 一种利用金属催化剂协同净化己内酰胺多组分尾气的方法及金属催化剂的制备方法 | |
| CN114100633B (zh) | 用于可见光催化分解硫化氢制氢的催化剂及其制备方法 | |
| CN115445594A (zh) | 一种烟气高效协同脱硝脱甲苯的scr催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN115253665B (zh) | K改性OMS-2协同低温等离子体催化降解VOCs及NOx的方法 | |
| CN1330975A (zh) | 一种微波放电催化还原脱除氮氧化合物的方法 | |
| CN106179451A (zh) | 一种改性炭基脱硝催化剂的制备方法 | |
| CN101766999B (zh) | Nd2O3-ACF催化剂及制备方法和应用 | |
| CN113769772B (zh) | 盐酸处理的Nb-Mo共掺杂g-C3N4光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN114289065B (zh) | 金属离子掺杂型x-MOF-74光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN114570371B (zh) | 一种焦油重整催化剂及其制备参数优化方法和产氢应用 | |
| CN115582123B (zh) | 一种多孔金属氧化物催化剂及其制备方法和在等离子体催化体系中的应用 |
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 |