專利名稱：臭氧輔助催化分解高溫?zé)煔庵袚]發(fā)性有機(jī)污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分解高溫?zé)煔庵袚]發(fā)性有機(jī)污染物的方法，尤其是通過(guò)將超強(qiáng)氧化性氣體臭氧加入到催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中，用臭氧輔助催化分解高溫?zé)煔庵袚]發(fā)性有機(jī)污染物的方法。
背景技術(shù)：
揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)是沸點(diǎn)在50_250°C的化合物，室溫下飽和蒸汽壓超過(guò)133. 32KPa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機(jī)物。揮發(fā)性有機(jī)物的主要成分有烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴，它包括苯系物、有機(jī)氯化物、氟里昂系列、有機(jī)酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。揮發(fā)性有機(jī)化合物主要來(lái)源于石油化工、制藥、印刷、造紙、涂料裝飾、表面防腐、 交通運(yùn)輸、金屬電鍍和紡織等行業(yè)排放的廢氣，包括各種各類烴類、鹵代烴類、醇類、酮類、醛類、醚類、酸類和胺類等。隨著有機(jī)化工產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，進(jìn)入大氣中的低沸點(diǎn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物也越來(lái)越多。這些污染物的排放不僅造成了資源的極大浪費(fèi)，且嚴(yán)重污染了環(huán)境。揮發(fā)性有機(jī)化合物通過(guò)呼吸道和皮膚進(jìn)入人體后，對(duì)人的呼吸、血液、肝臟等系統(tǒng)和器官造成暫時(shí)性或永久性損傷，尤其是苯類和苯并芘類等多環(huán)芳烴能使人體致癌。許多發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物有著明確的排放限制。我國(guó)在1997年就頒布并實(shí)施的《大氣污染物綜合排放指標(biāo)》中，就限定了 33種污染物的排放值。例如苯，甲苯，二甲苯，等等。目前揮發(fā)性有機(jī)污染物處理技術(shù)大體上可分為兩大類回收技術(shù)和消除技術(shù)。回收技術(shù)是指通過(guò)物理方法，在一定溫度、壓力下，用選擇性吸收劑、吸附劑或選擇性滲透膜等分離揮發(fā)性有機(jī)化合物。主要包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜法等。消除技術(shù)是通過(guò)化學(xué)或生物反應(yīng)等，在光、熱、催化劑和微生物等作用下將有機(jī)污染物物轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，主要包括燃燒法、低溫等離子體分解法、生物法和催化氧化法等。通常，高濃度的污染物采用回收技術(shù)處理，而對(duì)于低濃度的污染物，采用消除技術(shù)比較合理。其中，選擇性催化分解技術(shù)一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而降低催化分解溫度和提高二氧化碳的選擇性是阻礙選擇性催化分解技術(shù)應(yīng)用的兩個(gè)主要障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種臭氧輔助催化分解高溫?zé)煔庵信欧诺膿]發(fā)性有機(jī)污染物的方法，以大幅度提升催化劑對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的催化分解效率。本發(fā)明的臭氧輔助催化分解高溫?zé)煔庵袚]發(fā)性有機(jī)污染物的方法，其特征是在催化反應(yīng)的固定反床應(yīng)器中引入臭氧氣體，固定床反應(yīng)器中的催化劑是以碳納米管、活性炭、二氧化鈦、二氧化硅或它們的復(fù)合物為載體，以Mn203、MnO2, CeO2, CuO、Cu2O, V2O5, Fe2O3> FeO或它們的復(fù)合物為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的I 50%，引入的臭氧氣體的濃度在0. l-50mg/L范圍。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用在以碳納米管、活性炭、二氧化鈦、二氧化硅或它們的復(fù)合物為載體，以Mn2O3、MnO2、CeO2、CuO、Cu2O、V2O5、Fe2O3、FeO或它們的復(fù)合物為活性組分的催化劑的固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，由于采用的載體具有很大的比表面積，在氣固多相催化反應(yīng)中，氣態(tài)物質(zhì)首先被吸附在催化劑表面，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物有著極強(qiáng)的選擇性吸附能力。通過(guò)在催化分解過(guò)程中引入強(qiáng)氧化劑臭氧，增加體系中的活性氧，促進(jìn)污染物分子的催化分解，能明顯提高催化劑對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的催化分解效率，并大幅度提高二氧化碳的選擇性。達(dá)到最佳的完全分解揮發(fā)性有機(jī)污染物的效果。實(shí)驗(yàn)顯示，在150°C的低溫下，對(duì)有機(jī)污染物的去除效率能夠達(dá)到85%以上，二氧化碳的選擇性達(dá)到45%以上。本發(fā)明的臭氧輔助催化方法，可用于去除燃煤電廠、冶金工業(yè)、垃圾焚燒、化工生成等高溫過(guò)程中排放的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs )污染物。


圖I是催化反應(yīng)的固定反床應(yīng)器示意圖； 圖中，I為管式電路，2為固定床反應(yīng)器，3為催化劑片，4為模擬煙氣入口，5為臭氧氣體入口，6為模擬煙氣出口，7為反應(yīng)前煙氣采樣口，8為反應(yīng)后煙氣采樣口。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例在圖I所示的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行。實(shí)施例I :
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以碳納米管為載體，以CuO和Cu2O為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的6%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在11.0mg/L。采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的氯苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、200°C、25(rC和300°C時(shí)的氯苯轉(zhuǎn)化率分別為12%、15%、23%、和50% ；C02的選擇性分別為2%、3%、6%、和10%。添加臭氧后，氯苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到87%、88%、80%、和93% ；C02的選擇性分別提高到24%、40%、35%、和45%。實(shí)施例2:
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以活性炭為載體，以CuO和Cu2O為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的6%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在 16. 6mg/L0采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的氯苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、200°C、25(rC和300°C時(shí)苯的轉(zhuǎn)化率分別為16%、22%、31%、和62% ；C02的選擇性分別為2. 5%、4%、7. 3%、和12. 4%。添加臭氧后，苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到80%、76%、83%、和 92% ；C02 的選擇性分別提高到 25. 4%, 38%, 41. 6%、和 52. 7%。實(shí)施例3:
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以碳納米管為載體，以CuO、Cu2O, FeO和Fe2O3為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的20%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在3. Omg/L。采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的甲苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、20(TC、25(rC和300°C時(shí)甲苯的轉(zhuǎn)化率分別為21%、24. 8%、33%、和67. 5% ；C02的選擇性分別為4%、5. 2%、11%、和17. 9%。添加臭氧后，甲苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到90%, 82. 6%、89%、和95% ；C02的選擇性分別提高到31. 3%, 45. 7%, 47. 4%、和62. 5%。實(shí)施例4:
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以活性炭為載體，以MnO、Mn2O3和MnO2為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的5. 5%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在12. Omg/L。采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的氯苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、20(TC、25(rC和300°C時(shí)氯苯的轉(zhuǎn)化率分別為56. 7%,67. 3%、75%、和87. 4% ；C02的選擇性分別為3. 2%、4. 8%、9. 6%、和15. 3%。添加臭氧后，氯苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到79. 6%,83. 2%,80. 5%、和96. 8% ；C02的選擇性分別提高到51%、59. 7%,48. 2%、和64. 6%o實(shí)施例5:·
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以活性炭為載體，以v205、MnO、Mn2O3和MnO2為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的8. 9%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在8. Omg/L。采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的氯苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、200°C、25(rC和300°C時(shí)氯苯的轉(zhuǎn)化率分別為47%、51. 5%、65%、和92. 3% ；C02的選擇性分別為3. 3%、4. 6%、11. 5%、和17. 8%。添加臭氧后，氯苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到82%,89. 2%,85. 7%、和95. 4% ；C02的選擇性分別提高到31%,29. 3%,33. 3%、和85. 5%。實(shí)施例6
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以碳納米管和二氧化鈦為載體，以v205、MnO、Mn2O3和MnO2為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的8. 9%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在7. 4mg/Lo采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的氯苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、20(TC、25(rC和300°C時(shí)的氯苯轉(zhuǎn)化率分別為11. 4%、16. 3%、24. 6%、和52. 1% ；C02的選擇性分別為2. 3%、3. 1%、6. 5%、和12. 8%。添加臭氧后，氯苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到87. 1%、88. 5%,83. 6%、和96. 8% ；C02的選擇性分別提高到27. 9%,44. 7%、41. 6%、和 55. 2%o實(shí)施例7
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以碳納米管為載體，以V205、MnO、Mn2O3、MnO2和CeO2為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的23. 5%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在3. 8mg/L。采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的二氯苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、200°C、250°C和300°C時(shí)二氯苯的轉(zhuǎn)化率分別為45. 4%、57. 7%,63. 5%、和 72. 8% ；C02 的選擇性分別為 I. 9%、2. 5%、7. 7%、和 12. 2%。添加臭氧后，二氯苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到74. 4%,79. 2%,72. 5%、和83. 4% ；C02的選擇性分別提高到44. 2%、48. 5%, 46. 3%、和 57. 9%。
實(shí)施例8
催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中的催化劑是以活性炭為載體，以MnO、Mn2O3、MnO2和CeO2為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的16%，在固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，引入的臭氧氣體的濃度在3. 8mg/L。采用在線氣相色譜儀器分析測(cè)定固定床反應(yīng)器排放的二甲苯濃度和CO2濃度在不含臭氧時(shí)，該催化劑在150°C、200°C、250°C和300°C時(shí)二甲苯的轉(zhuǎn)化率分別為35. 5%、44. 6%,52. 3%、和 74. 2% ；C02 的選 擇性分別為 3. 4%、3. 7%、6. 8%、和 14. 1%。添加臭氧后，二甲苯的轉(zhuǎn)化率分別提高到85. 5%、81. 3%,75. 6%、和88. 8% ；C02的選擇性分別提高到34. 3%、51. 2%, 47. 7%、和 62. 6%。
權(quán)利要求
1.臭氧輔助催化分解高溫?zé)煔庵袚]發(fā)性有機(jī)污染物的方法，其特征是在催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，固定床反應(yīng)器中的催化劑是以碳納米管、活性炭、二氧化鈦、二氧化硅或它們的復(fù)合物為載體，以Mn203、MnO2, CeO2, CuO、Cu2O, V2O5, Fe203、FeO或它們的復(fù)合物為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的I 50%，引入的臭氧氣體的濃度在O.l-50mg/L 范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的臭氧輔助催化分解高溫?zé)煔庵袚]發(fā)性有機(jī)污染物的方法，在催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器中引入臭氧氣體，固定床反應(yīng)器中的催化劑是以碳納米管、活性炭、二氧化鈦、二氧化硅或它們的復(fù)合物為載體，以Mn2O3、MnO2、CeO2、CuO、Cu2O、V2O5、Fe2O3、FeO或它們的復(fù)合物為活性組分，其活性組分占催化劑總質(zhì)量的1～50%，引入的臭氧氣體的濃度在0.1-50mg/L范圍。本發(fā)明通過(guò)在催化分解過(guò)程中引入強(qiáng)氧化劑臭氧，增加體系中的活性氧，促進(jìn)污染物分子的催化分解，能明顯提高催化劑對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的催化分解效率，并大幅度提高二氧化碳的選擇性。達(dá)到最佳的低溫分解揮發(fā)性有機(jī)污染物的效果。
文檔編號(hào)B01D53/76GK102814108SQ201210285828
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者陳儒, 楊杭生, 譚志謀, 馬朝霞, 張孝彬 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)