[發(fā)明專利]一種鐵電體-電氣石等離子體催化劑、制備及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410054843.X
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103785390A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁文俊;王愛華;李堅(jiān);馬琳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/78
• 分類號: B01J23/78;B01D53/86;B01D53/44;B01D53/72
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子體催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵電體-電氣石等離子體催化劑材料及其制備方法，可用于揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和日常生活中排放出了大量的揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs），這些有害物質(zhì)由于其毒性或惡臭氣味，嚴(yán)重影響著人們的身體健康及周圍的大氣環(huán)境狀況，已引起世界各國的普遍重視。傳統(tǒng)的VOCs凈化技術(shù)包括催化燃燒、膜分離、冷凝、吸收吸附和生物過濾等，但其存在投資大、周期長、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。

傳統(tǒng)等離子體降解污染物過程中會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，如臭氧、氮氧化物等，造成二次污染。因而將等離子體和催化聯(lián)合應(yīng)用于有機(jī)污染物的降解成為今年來研究熱點(diǎn)，而催化劑研究則成為該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的熱點(diǎn)。在等離子體反應(yīng)體系中引入適當(dāng)?shù)拇呋瘎梢赃x擇性地與中間副產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，從而有效控制反應(yīng)產(chǎn)物的生成與分布，進(jìn)一步提高能量效率。等離子體催化劑的研究較多，如ZL200710009641.3和ZL01805477.3報(bào)道了將光催化材料TiO₂應(yīng)用于等離子體場中，從而提高污染物去除率；ZL201210034920.6則報(bào)道了制備鐵電體材料與TiO₂混合材料聯(lián)合用于污染物的去除。在本發(fā)明中，首次將鐵電體材料與電氣石材料復(fù)合制備新型等離子體催化劑，達(dá)到提高污染物去除率并且降低能耗的雙重目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種操作簡單、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)的低溫等離子體催化劑及其制備方法。本催化劑可直接應(yīng)用于等離子體場中，可以提高污染物去除率并降低能耗，該種催化劑材料為鐵電體材料和電氣石材料的復(fù)合材料。

本發(fā)明提出一種新型等離子體催化劑復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）電氣石材料預(yù)處理：取電氣石粉末，置于容器中，先后分別用去離子水和鹽酸溶液超聲分散1～2h，靜置，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用；

（2）鐵電體材料預(yù)處理：取鐵電體粉末，置于容器中，用鹽酸溶液超聲分散1～2h，靜置，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用；

（3）將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料分別置于研缽中反復(fù)研磨；

（4）稱取一定量的鐵電體材料，加入去離子水，混合溶液超聲15～45min，加入一定量的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中300-400℃下焙燒2-4h（優(yōu)選350℃下焙燒3h），得到復(fù)合催化劑，復(fù)合催化劑中鐵電體材料與電氣石材料質(zhì)量百分含量配比為90%～60%：10%～40%，鐵電體材料和電氣石材料質(zhì)量比優(yōu)選為90%：10%。

在本發(fā)明等離子體催化劑復(fù)合材料中，電氣石粉體平均粒徑大小為0.3～1μm，鐵電體粉體平均粒徑大小為20～60nm，所制得的復(fù)合催化劑平均粒徑大小為0.6μm。

在本發(fā)明中，電氣石材料可為鐵電氣石、鎂電氣石、鋰電氣石或錳電氣石；鐵電體材料可為鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鉛。

利用本發(fā)明所得的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌、性能等測定采用掃描電子顯微鏡（SEM）、比表面積分析儀（BET）等進(jìn)行表征與測量，并且測試了其對污染物甲苯的去除效率及能耗情況。

一種根據(jù)上述方法制備得到的鐵電體-電氣石等離子體催化劑，包括鐵電體材料與電氣石材料，鐵電體材料與電氣石材料質(zhì)量配比為90%～60%：10%～40%，電氣石材料粉體平均粒徑大小為0.3～1μm，鐵電體材料粉體平均粒徑大小為20～60nm，所制得的復(fù)合催化劑平均粒徑大小為0.6μm。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

1.本發(fā)明工藝簡單，原料價(jià)廉，制備條件溫和，操作簡單，因此易于推廣產(chǎn)業(yè)化和市場化。

2.制得的催化劑為鐵電體材料和電氣石材料復(fù)合材料，可提高污染物的去除率，同時(shí)降低能耗。

3.本發(fā)明在制備過程中不產(chǎn)生對環(huán)境有污染的副產(chǎn)物，整個(gè)過程無污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是一種新型環(huán)保工藝。

4、催化劑使用工藝簡單，不需要附加裝置及其他條件，避免了二次污染的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為催化劑的SEM圖（×300）；

圖2為催化劑的SEM圖（×1000）；

圖3為實(shí)施例1中所得新型催化劑與無催化劑（空管）狀態(tài)下去除甲苯效率比較圖；

圖4為實(shí)施例1中所得新型催化劑與ZL201210034920.6中催化劑去除甲苯效率比較圖；

圖5為實(shí)施例1中所得新型催化劑與ZL201210034920.6中催化劑能耗比較圖；