[發明專利]一種低溫等離子體催化氧化VOCs的方法

在審

• 申請號: 201910541607.3
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110339707A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 陳秉輝;江萍;鄭進保;喬桂龍;葉松壽;李想;張諾偉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京彭麗芳知識產權代理有限公司 11407
• 代理人: 彭麗芳

本發明公開了一種低溫等離子體催化氧化VOCs的方法，具體步驟為將VOCs氣體依次通過由介質阻擋放電反應器與Zr基催化劑組成的等離子體區，由Mn基催化劑組成的活性物質轉化區和Fe基催化劑與熱阻爐組成的臭氧協同熱催化區將VOCs氣體催化氧化生成二氧化碳和水。在降解過程中，等離子體區用于產生高能電子、O₃與電離自由基及活化VOCs分子；活性物質轉化區利用高空速轉化未反應的活化分子與部分O₃，臭氧協同熱催化區可降解O₃及剩余VOCs。本發明所提供的降解VOCs的方法解決了一段式低溫等離子體催化易爆炸及易產生O₃的缺點；還解決了二段式低溫等離子體催化無法使用活性中間產物以及轉化率低的缺點；實現低溫、高效、大批量及低能耗的環境友好型VOCs催化氧化。

技術領域

本發明屬于催化技術領域，具體涉及一種低溫等離子體催化氧化VOCs的方法。

背景技術

揮發性有機化合物(VOCs)是指在常壓下，沸點50℃—260℃的各種有機化合物，包括有乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等芳烴類、酯類、烷類、醛類等。

大多數揮發性有機化合物(VOCs)被列為空氣污染的主要成分，因為它們會導致產生臭氧和光化學煙霧，污染大氣環境和危害人類健康。產生揮發性有機化合物的渠道主要有工業制造和車輛排放。因此，控制VOCs的排放是很有必要的。在消除VOCs的各種策略中，催化燃燒技術成本低，對環境友好，所以催化氧化被認為是最有效的方法之一，但是催化燃燒技術一般需要使用溫度為300-500℃才能完成對VOCs的催化氧化，使用溫度高，耗能較高。

而等離子體-催化系統是在等離子體的基礎上，添加催化劑催化的過程，使VOCs分子更好的在更低的溫度下催化氧化，從而提高VOCs轉化率以及二氧化碳選擇性，同時降低能耗成本。專利CN201720637392公開了一種等離子體-吸附處理VOCs的方法，但是沒有結合催化劑，不能發揮催化劑高效、節能及反應條件溫和的優勢；專利CN201610326881公布了一種等離子體協同介孔催化技術，但甲苯的轉化過程受到催化劑結構以及催化劑吸脫附時間限制，需控制廢氣的流量，不利于實際應用排放。因此，開發一種高效低耗能的催化氧化VOCs的方法是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高效利用低溫等離子體催化協同熱催化氧化VOCs的方法，其目的是解決一段式產生臭氧過多，且高能活性物質利用不充分；二段式無法利用高能活性物質；傳統熱催化能耗高的問題；最終實現低能耗、高效率、大批量處理的VOCs目的，本發明的解決方案是：。

一種低溫等離子體催化氧化VOCs的方法，具體步驟如下：將VOCs氣體依次通過第一段催化劑、第二段催化劑和第三段催化劑將VOCs氣體催化氧化生成二氧化碳和水；其中，所述第一段催化劑為介質阻擋放電反應器與Zr基催化劑組成的等離子體區，所述第二段催化劑為Mn基催化劑組成的活性物質轉化區，所述第三段催化劑為Fe基催化劑與加熱電阻組成的臭氧協同熱催化區。

優選地，所述等離子體區的放電區域下沿與第二段催化劑之間的距離為0.1～20cm。

優選地，所述第一段催化劑的反應溫度和反應空速分別為10～80℃和10000～1000000ml/g/h，所述第二段催化劑的反應溫度和反應空速分別為10～80℃和10000～1000000ml/g/h，所述第三段催化劑的反應溫度和反應空速分別為100～300℃和10000～100000ml/g/h。

優選地，所述介質阻擋放電裝置的放電電壓為220V-380V，放電電流為0.5-10A。

優選地，所述Zr基催化劑由ZrO₂和載體組成；其中，ZrO₂的含量為10％～100％，余量為載體；所述載體選自Al₂O₃、13X分子篩、4A分子篩、5A分子篩、β分子篩、ZSM-5分子篩或AIPO-5分子篩中的一種。