[發明專利]一種多級層次孔結構的Fenton-like催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201310494927.0
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103551204A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 何春;楊婧羚;龔挹彬;李淑貞;楊易暢;陳曉韻;廖唯辰;胡玲玲
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J35/10
• 分類號: B01J35/10;B01J32/00;B01J23/745;B01D53/48;B01D53/86;B01D53/72;B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明屬于環境治理領域，具體涉及一種多級層次孔結構的Fenton-like催化劑及其應用。

背景技術

大氣污染是目前最突出的環境問題之一。隨著有機化學品的廣泛應用，進入大氣中的有機污染物日益增加，主要是低沸點、易揮發的有機物（Volatile?Organic?Compounds,?VOCs），如苯、甲苯、二甲苯、萘、苯乙烯、丙酮、正己烷、甲烷、丙烷以及一些硫烴、氮烴、氯烴等。有機廢氣主要來源于石油和化工行業生產過程中排放的廢氣，石油和化工工廠及石化產品的存儲設施，印刷及其他與石油和化工有關的行業，使用石油、石油化工產品的場合和燃燒設備，以石油產品為燃料的各種交通工具都是有機廢氣的源頭。有機廢氣特點是數量較大，有機物含量波動性大、可燃、有一定毒性，有的還有惡臭，對環境有巨大的破壞作用。某些VOCs甚至具有強致癌性和基因毒性，給人類的生命和健康帶來嚴重威脅。因此妥善處理揮發性有機廢氣已成為人們研究的焦點問題之一。

有機廢氣的治理方法主要有兩類：一類是回收法，主要是對于高濃度(?>?5000?mg/m³)?或比較昂貴的有機氣體。回收法是通過物理方法，在一定溫度、壓力下，用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離揮發性有機化合物(VOCs)，主要包括吸附法、變壓吸附、冷凝法和膜法等。對于中等濃度或低濃度?(<?1000?mg/m³)?的有機廢氣則采用另一類消除法。消除法是通過化學或生物反應，用光、熱、催化劑和微生物凈化法等將有機物轉化為水和二氧化碳，主要包括熱氧化、催化燃燒、生物氧化、等離子體分解法等。

上述有機廢氣的處理技術各有優缺點，例如：吸附法具有去除效率高，凈化徹底，能耗低，工藝成熟，易于推廣的優點，具有較好的環境和經濟效益，但由于其處理設備容量有限，吸附劑需要再生等問題使得應用受到限制；熱氧化法特別適用于低濃度有機廢氣，但由于有機廢氣中常出現雜質，很容易引起催化劑中毒；微生物凈化法的主要優點是流程和設備較簡單，但該方法存在著反應裝置占地面積大、反應時間較長的缺點。

濕式吸收法是作為環境工程中控制大氣污染的重要手段之一，不僅廣泛應用于無機污染物的吸收凈化，如濕法脫硫工藝是目前世界上應用最多、最為成熟的脫硫技術，而且對于一些有機污染物也可以用特定的溶劑，或水吸收進行處理。水吸收VOCs的過程是污染物由氣相進入液相的過程，污染物并沒有被消除而僅僅是被轉移了，這樣處理有機廢氣的結果是水體成了污染的轉嫁體。因此有必要通過氧化技術降解或轉化有機廢氣污染物為無毒的產物，通過氧化技術一方面可以使處理后的液相介質可以循環使用，以節約水資源，降低污染治理成本。另一方面，對水溶性較低的有機廢氣，通過活性物種例如羥基自由基進行氧化可以轉變為無機離子，從而達到去除有機廢氣的目的。

在眾多的高級氧化技術(AOPs)中，Fenton催化氧化法能在溫和的條件下使大多數有機物包括毒性大和難生物降解的有機物氧化和礦化等優點，已經成為國內外備受關注的水處理技術之一。該方法的工藝具有易控制，易建立密閉性循環和無二次污染等優點。然而傳統的均相Fenton氧化法存在著難以解決的問題：一是反應體系要求較低的pH值(一般2～3左右)，pH大于4-5以上會因氫氧化鐵沉淀而降低反應效率。為克服上述Fenton反應存在的問題，近10年來，人們開始研究非均相Fenton-like催化氧化技術（類芬頓催化氧化技術）。目前研究較多的的多相Fenton-like催化劑主要有負載型磁鐵礦(Fe₃O₄)、赤鐵礦(α-Fe₂O₃)、針鐵礦(α-FeOOH)、BiFeO₃等。利用這些多相Fenton-like催化劑處理有機物無嚴格的pH值限制，極大的提高了傳統Fenton氧化反應中鐵離子的流失，降低處理成本。但它們的催化活性還不能令人滿意。

發明內容

本發明的發明目的克服現有技術中的不足，提供一種多級層次孔結構的Fenton-like催化劑及其應用。

本發明以污泥為前驅體制備具有多級層次孔結構Fenton-like催化劑，再結合過氧化氫水溶液用于有機廢氣的凈化。本發明多級層次孔結構Fenton-like催化劑結合過氧化氫水溶液可以用來處理工業有機廢氣和惡臭廢氣，通過利用污泥制備多級層次孔結構催化劑達到了廢物再利用的目的，能以較少的投入產生非常大的環境效益，具有經濟實用性，是一項非常具有應用前景的濕式氧化法去除有機廢氣的新型工藝。