[發明專利]光催化耦合催化燃燒快速處理高濃度有機氣體的方法

在審

• 申請號: 202010316521.3
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN113522014A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 吳梁鵬;李新軍;李娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/72;B01D53/44;F23G7/07;B01J23/52;B01J23/42;B01J35/08;B01J37/10;B01J37/34
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;莫瑤江

本發明公開了一種光催化耦合催化燃燒快速處理高濃度有機氣體的方法，利用大比表面積載體負載高分散的光催化活性組元、催化燃燒活性組元，將光催化材料和催化燃燒材料混合，借助于光催化的強氧化性，首先將有機氣體分子活化，生成活性物種即活化分子，而活化分子的起燃溫度降低，經過催化燃燒快速轉化為二氧化碳和水，這樣大大縮短了處理時間，降低了能耗，大幅度提高了降解有機氣體的效率，解決了傳統光催化和催化燃燒技術在處理有機氣體方面的實際應用中所存在的難點，可應用于化工生產車間有機廢氣的處理。

技術領域：

本發明涉及氣體有機污染物處理技術領域，具體涉及一種光催化耦合催化燃燒快速處理高濃度有機氣體的方法。

背景技術：

隨著世界經濟社會的快速發展，環境中揮發性有機氣體(VOCs)的排放越來越多。在室外VOCs的排放主要是來自燃料的燃燒和工業廢氣等，而室內VOCs的排放主要是建筑、家具、家用電器和裝飾材料等的排放。這些有毒有害的VOCs有機有害氣體直接影響著人們的身體健康。在各類環境中所能檢測出的VOCs種類多達200多種。當VOCs達到一定濃度時，短時間內人們會感到頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力等，嚴重時會出現抽搐、昏迷，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統，造成記憶力減退等嚴重后果，更為甚者會使人致癌威脅到生命。

目前，常見的揮發性有機氣體的治理方式主要有多種：一種是通過改變工藝過程中的壓力、溫度等物理條件，利用活性炭、分子篩、沸石等多孔道結構，將有機氣體濃縮在一個有限的空間內，但其不能消除有毒有害的有機氣體，可能會產生二次污染。另外還有洗滌吸收技術、催化燃燒技術、回收再利用技術、吸附法、低溫等離子體技術、光催化技術等，各種方法在特定的環境下都有其特點。

光催化技術作為一種環境凈化友善型的高級氧化技術正在受到廣泛的關注。其多采用具有較高的反應活性和光穩定性，且價廉無毒的TiO₂作催化劑，但光催化降解有機氣體的主要問題是降解速率很慢，每一個有機氣體污染物分子需要經過幾十甚至上百個化學反應步驟才能完全礦化成為二氧化碳和水，每一次的反應均需要占據光催化劑表面的活性位，反應過程相對緩慢，而有機氣體在光催化反應時停留時間較短，導致其光能利用效率較低，反應速率較慢，大分子有機氣體需要經過多步氧化過程才能將有機氣體完全降解為二氧化碳和水，且有可能在反應的過程中生成比原反應物更加劇毒的中間產物。研究人員目前主要采用在二氧化鈦催化劑中添加具有較高比表面積的吸附物質，例如活性炭、沸石等。雖然有效地提高了光催化效率，但是難以處理流量較大且濃度相對較高的工業有機氣體污染物。而催化燃燒技術有利用高濃度有機氣體的處理，但因其起燃溫度溫度較高，工藝能耗成本較高。

發明內容：

本發明的目的是提供一種光催化耦合催化燃燒快速處理高濃度有機氣體的方法，解決了單一光催化效率低、催化燃燒溫度高、能耗大的問題。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種光催化耦合催化燃燒快速處理高濃度有機氣體的方法，該方法包括以下步驟：

(1)物理除塵：通過集氣罩收集有機氣體然后通過過濾網將有機氣體中粒徑大于2.5μm顆粒物去除，減小顆粒物對復合催化劑的遮蔽和中毒作用；

(2)復合催化材料的制備：利用大比表面積載體負載高分散的光催化活性組元、催化燃燒活性組元，將光催化材料和催化燃燒材料混合，以復合催化材料的重量為100％計算，催化材料中光催化活性組元的重量百分比為1％～30％，催化燃燒活性組元的重量百分比為0.5％～5％，采用滾涂、噴涂、旋涂中的一種或多種方法負載在鈦網、碳紙、不銹鋼網、Ni網中的一種或多種；所述大比表面積載體包括TiO₂納米管、TiO₂納米管微球，Fe₂O₃納米管、CoO納米管中的一種或幾種混合；光催化活性組元包括Au、Ag、Cu₂O、CuO中的一種或幾種混合；催化燃燒活性組元包括Pt、Pd中的一種或多種；