專利名稱：一種用于氯代芳香烴類低溫催化燃燒消除的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于催化燃燒環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種用于易揮發(fā)性氯代芳香烴類低溫催化燃燒消除的方法。
背景技術(shù)：
含氯易揮發(fā)性烴類不僅能夠?qū)θ祟惖慕】翟斐蓢?yán)重的危害，對(duì)生物系統(tǒng)也能夠造成持久的、積累性的影響，而且可以破壞大氣臭氧層。聯(lián)合國(guó)環(huán)境項(xiàng)目國(guó)際條約中有12個(gè)列為首位的持久性的有機(jī)污染物都是含氯的有機(jī)化合物。含氯易揮發(fā)性烴類分芳香烴氯化物，如氯苯、二氯苯，以及非芳香脂肪烴類氯化物，如二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、氯甲烷和多氯甲烷等，前者產(chǎn)生于氯基氧化劑的木紙漿的漂白、含氯化合物的熱處理及金屬的回收；后者主要產(chǎn)生于氯堿工業(yè)氧氯法制備氯乙烯過程、制革、洗滌、制藥等行業(yè)。由于上述產(chǎn)生氯化物的過程都是涉及到現(xiàn)階段國(guó)計(jì)民生的工業(yè)，大量含氯化合物的排放是不可避免的。因此，目前還不具備從源頭上消除含氯易揮發(fā)性烴類所造成的污染可能性。而采取后處理的方法消除含氯易揮發(fā)性烴類所帶來(lái)的污染成為唯一可行的途徑和方法。近幾年來(lái)，對(duì)易揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的綜合治理受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。 熱力燃燒、催化燃燒以及吸附等方法是消除這些污染物的常用方法。但是熱力燃燒需要在較高的溫度(1000°c )下進(jìn)行，能耗大；而且該法在處理含氯烴類方面還可能導(dǎo)致更高毒性的二噁英(Dioxins)污染物，如多氯二苯并二噁英(PCDD)和多氯二苯并呋喃(PCDF)。作為有機(jī)污染物常用方法之一的吸附法對(duì)于低濃度污染物的處理效果并不理想，其吸附效率極低。對(duì)于易揮發(fā)性含氯芳香烴的消除，最近相繼提出了多種新穎的方法，如生物學(xué)處理、光催化降解、加氫脫氯等。但是這些方法不是在技術(shù)上存在缺陷，就是處理費(fèi)用高昂，大多都處于實(shí)驗(yàn)室研究狀態(tài)，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。催化燃燒消除有機(jī)化合物的污染是一種節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、有效的處理方法，與熱力燃燒相比，它具有燃燒溫度低、停留時(shí)間短、所需反應(yīng)器小、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)。因此，催化燃燒在消除易揮發(fā)性有機(jī)化合物方面得到了廣泛的應(yīng)用。氯代芳香烴如氯代苯，二氯代苯，dioxin，其催化燃燒主要應(yīng)用于垃圾焚燒爐的廢氣處理，該方向的研究工作和技術(shù)的開發(fā)集中在日本。代表性的專利有Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2001286729A2、Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP2001286730A2, Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2001286734A2、Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 10085559A2 等。使用燃料氣和空氣進(jìn)行燃燒。主要使用的催化劑活性組分為過渡金屬和貴金屬，載體為Si02、A1203、TiO2, ZrO20 貴金屬催化雖然活性較高，但易于氯中毒；非貴金屬催化劑抗中毒能力較強(qiáng)，但選擇性較低，往往有多氯苯產(chǎn)生。部分氯代芳香烴催化燃燒授權(quán)專利有[1]Nawama, Junichi ；Moriya, Yoshifumi ；Suzuki, Tadashi ；Kuchino，Kunikazu， Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2002219364A2[2]Kiyono,Kenichi ；Uchida，Masaaki ；Adachi，Kentaro ；Nishii,Kazuhiro,Jpn.
3Kokai Tokkyo Koho JP 2001286729A2[3]Kiyono,Kenichi ；Uchida, Masaaki ；Adachi,Kentaro ；Nishii,Kazuhiro, Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2001286730A2[4]Kajikawa, Osamu ；Wang,Hsiang Sheng ；Kawase, Noboru ；Maeda,Takeshi,Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2001009284A2.[5]Kiyono, Kenichi ；Uchida,Masaaki ；Adachi,Kentaro ；Nishii,Kazuhiro, Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2001286734A2[6]Moriya, Yoshifumi ；Nawama, Junichi ；Tokumitsu, Shuzo, Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 2001327869A2這些專利工作主要是以過渡金屬為活性組分，催化燃燒凈化垃圾焚燒爐中的二噁英。上述含氯易揮發(fā)性烴類催化燃燒消除所采用的催化劑均存在或多或少的缺點(diǎn)，如催化燃燒活性低，催化燃燒過程中有多氯烴類產(chǎn)生、易造成二次污染，催化劑活性組分容易流失、催化劑壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種用于易揮發(fā)性氯代芳香烴類低溫催化燃燒方法，該方法以氧化鈰負(fù)載的氧化釕為燃燒催化劑，其活性高、無(wú)副產(chǎn)物生成、不造成二次污染、抗氯中毒能力強(qiáng)、催化劑壽命長(zhǎng)，特別適用于完全催化燃燒消除含鹵素有機(jī)化合物，尤其是易揮發(fā)性含氯烴類污染物。本發(fā)明提供了一種用于易揮發(fā)性氯代芳香烴類低溫催化燃燒消除的催化劑，該催化劑主要由氧化鈰和氧化釕構(gòu)成，其中氧化釕的含量為0. 5 3%，其余為氧化鈰。氧化鈰負(fù)載的氧化釕催化劑的制備采用本領(lǐng)域公知的浸漬法。氧化鈰的前驅(qū)體選自稀土的硝酸鈰、氧化釕的前驅(qū)體選自氯化釕。本發(fā)明提供了一種用于完全催化燃燒消除環(huán)境中易揮發(fā)性氯代芳香烴類污染物的方法，其特征在于，在催化劑存在下，采用作為氧化劑的空氣帶入反應(yīng)器，使含氯易揮發(fā)性芳香烴在催化劑的作用下完全燃燒，將含氯易揮發(fā)性芳香烴轉(zhuǎn)化成為二氧化碳、氯化氫和氯氣。完全燃燒尾氣可以采用稀堿溶液吸收(氯化氫/氯氣等酸性氣體)后放空；反應(yīng)壓力為0. 1 IMpa，優(yōu)選0. 1 0. 5Mpa，尤其是0. IMpa，接近常壓，溫度為 100 400°C，優(yōu)選為150 350°C，尤其是320°C ；催化劑的用量，須足以使含氯易揮發(fā)性芳香烴在空氣的存在情況下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氯化氫，一般情況下，含氯易揮發(fā)性芳香烴的廢氣中含氯易揮發(fā)性芳香烴的濃度為 0. 05 0. 2vol%，每克催化劑處理廢氣量為每小時(shí)5 16L。采用本發(fā)明的方法，在空氣中，在較低的反應(yīng)溫度下，在催化劑的存在下，可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地將廢氣中的含氯易揮發(fā)性芳香烴轉(zhuǎn)化成為二氧化碳和氯化氫，催化劑的活性不降低。本發(fā)明提供的催化劑具有制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、催化活性高、抗氯中毒能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；技術(shù)路線方便實(shí)用，可以廣泛用于造紙、制藥、制革、洗滌以及化學(xué)工業(yè)廢氣中的含氯易揮發(fā)性芳香烴類污染物的催化燃燒消除。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將市售的4000g硝酸鈰(Ce (NO3) 3) · 6H20放入馬弗爐中焙燒，其具體焙燒過程為 50°C開始加熱，以4. 2V /min的升溫速率進(jìn)行程序升溫，在550°C維持4h，得到淡黃色的 CeO2粉末。將市售的RuCl3. 3H20配置成20g/L的水溶液，將400mL該溶液加入到300mL去離子水中，配置成浸漬液。將該浸漬液倒入800g上述制備的CeO2粉末中，攪拌均勻，室溫空氣中靜止10小時(shí)，置于110°C烘箱進(jìn)行干燥12小時(shí)，再放入馬弗爐中焙燒，其具體焙燒過程為30°C開始加熱，以4°C /min的升溫速率進(jìn)行程序升溫，在550°C維持4h，得到氧化鈰負(fù)載的氧化釕量為Iwt%催化劑(lwt% Ru/Ce02)。實(shí)施例2按實(shí)施例1同樣的方法制備氧化鈰負(fù)載的氧化釕量為3wt%催化劑(3wt% Ru/ CeO2) ο實(shí)施例3所有催化劑氯代苯燃燒活性評(píng)價(jià)在固定床(內(nèi)徑IOOmm石英)中進(jìn)行，催化劑的用量為200g，溫度采用K型熱電偶自動(dòng)控制。氯代苯采用SY-02雙柱塞微量泵(北京東方科學(xué)儀器廠制造)注射進(jìn)入汽化室?？偭髁坎捎觅|(zhì)量流量計(jì)控制，氯代苯的濃度控制在 0. Ivol %，每克催化劑每小時(shí)處理廢氣的量為16L，經(jīng)反應(yīng)器的氣體線速度為1000m/h。反應(yīng)壓力為0. IMpa，氯代苯的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度的關(guān)系見表1，表中T1(1%、Τ5(1%、1^%分別為轉(zhuǎn)化率達(dá)到10^^50^^90%時(shí)所需的反應(yīng)溫度。主要反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳、氯化氫和微量的
^L飛ο表1不同催化劑上氯代苯催化燃燒性能
權(quán)利要求
1.一種用于含氯易揮發(fā)性有機(jī)化合物低溫催化燃燒消除的方法，其特征在于，在催化劑存在下，采用作為氧化劑的空氣帶入反應(yīng)器，使含氯易揮發(fā)性有機(jī)化合物在催化劑的作用下完全燃燒，將含氯易揮發(fā)性有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化成為二氧化碳、氯化氫和氯氣。完全燃燒尾氣可以采用稀堿溶液吸收(氯化氫/氯氣等酸性氣體)后放空；反應(yīng)壓力為0. 1 IMpa，優(yōu)選0. 1 0. 5Mpa，尤其是0. IMpa，接近常壓，溫度為100 4000C，優(yōu)選為150 350°C，尤其是320°C ；催化劑的用量，須足以使含氯易揮發(fā)性有機(jī)化合物在潮濕空氣的存在情況下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氯化氫，一般情況下，含氯易揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣中污染物的濃度為0. 05 0. 2vol%，每克催化劑處理廢氣量為每小時(shí)5 16L ；所說(shuō)的催化劑主要由氧化鈰負(fù)載的氧化釕構(gòu)成，其中氧化釕的含量為0. 5 3% (重量)，其余為氧化鈰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于載體氧化鈰的制備采用本領(lǐng)域公知的燃燒方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于氧化鈰負(fù)載的氧化釕催化劑采用本領(lǐng)域公知的浸漬方法，氧化釕的前驅(qū)體選自氯化釕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑可廣泛用于工業(yè)廢氣、廢物、廢水中含氯易揮發(fā)性有機(jī)化合物的低溫催化燃燒消除，尤其是工業(yè)廢氣中的易揮發(fā)性含氯芳香烴類污染物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種完全催化燃燒消除環(huán)境中易揮發(fā)性氯代芳香烴類污染物的方法。該方法以氧化鈰負(fù)載的氧化釕為燃燒催化劑，采用作為氧化劑的空氣帶入反應(yīng)器，使含氯易揮發(fā)性芳香烴在催化劑的作用下完全燃燒，將含氯易揮發(fā)性芳香烴轉(zhuǎn)化成為二氧化碳、氯化氫和氯氣，完全燃燒尾氣可以采用稀堿溶液吸收(氯化氫/氯氣等酸性氣體)后放空。本發(fā)明所用催化劑活性高，無(wú)副產(chǎn)物生成，不造成二次污染，抗氯中毒能力強(qiáng)，催化劑壽命長(zhǎng)，特別適用于低溫完全催化燃燒消除含鹵素有機(jī)化合物，尤其是易揮發(fā)性含氯芳香烴類污染物。
文檔編號(hào)F23G7/00GK102353064SQ20111017969
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者冉樂, 戴啟廣, 李到, 王爭(zhēng)一, 王幸宜 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)