專利名稱：一種低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NO_x的處理裝置及其處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于氮氧化物脫除技術領域，具體涉及一種低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置及其處理方法。
背景技術：
氮氧化物(NOx)是由氮、氧兩種元素組成的化合物，它不僅是酸雨形成的主要原因，而且可與碳氫化物等反應形成光化學煙霧，是主要大氣污染物之一。氮氧化物主要來自燃煤煙氣(固定源)以及汽車尾氣(移動源)。隨著工業(yè)燃煤量增大和汽車保有量增加，其排放到大氣中的NOx含量也隨之大量增加。因此，由NOx引起的環(huán)境污染也越來越受到人們的
重視。 NOx的水溶性和反應活性較差，治理較困難，技術要求高。常用的NOx脫除方法包括選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、電子束照射法、活性焦吸附法、尿素法、氨法和鈷氨溶液脫除法等。NOx選擇性催化還原(SCR)技術是指在催化劑存在下使還原劑優(yōu)先與廢氣中的NOx反應并使其還原為N2的催化過程。目前，用NH3作還原劑，在TiO2-V2O5-WO3催化劑作用下選擇性催化還原廢氣中的NOx使之生成N2,該方法在國外已經(jīng)成功應用于治理固定源污染如硝酸廠尾氣、發(fā)電廠煙道氣、重油鍋爐廢氣等；對于流動污染源如汽車等的尾氣治理目前成熟的催化劑是以堇青石(2Mg0 · 2A1203 · 5Si02)蜂窩陶瓷為載體，用Al2O3和CeO2為涂層，并用貴金屬為活性組分，可同時脫除CO、HC及NOx的三效催化劑。近年來迅速發(fā)展的低溫等離子體催化(non-thermal plasma catalysis)技術是治理低濃度廢氣的有效方法之一，并得到深入研究和發(fā)展。國內(nèi)外有關研究表明低溫等離子體協(xié)同催化作用相比單個作用時能有效增強氮氧化物脫除效率。Stefan Broer等人在100 250°C下以氨為還原劑，采用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生低溫等離子體，并和V205-W03/Ti02催化劑作用于模擬機動車尾氣(含82%N2、13%02、5%H20、500mg/m3N0x和500mg/m3NH3)，在低于140°C時不經(jīng)過等離子體處理N0x幾乎沒有脫除；當在催化轉(zhuǎn)化前附加介質(zhì)阻擋放電時約有70%的NOx被還原，此時溫度低于100°C ；N0和NO2在催化反應中共存，加強了催化反應的選擇性。天津大學劉昌俊等人通過X射線光譜證明了交流介質(zhì)阻擋放電等離子體能在沸石微孔內(nèi)引發(fā)催化反應，等離子體不僅能降低催化劑表面活化能，而且還誘導表面催化反應。雖然低溫等離子體協(xié)同催化脫除NOx的催化劑種類很多，但大多采用貴重金屬催化劑，并且需要還原劑，因而導致NOx的脫除成本較高，同時NOx的脫除效率也有待進一步提高。因此，隨著NOx污染的不斷加劇，研發(fā)簡潔高效的NOx處理裝置和低溫活性較強的催化齊U，是一個亟待解決的、同時具有十分重要的現(xiàn)實意義的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置。本處理裝置對NOx的處理效果較好，而且本處理裝置易于小型化，便于在移動的汽車上安裝使用，同時本處理裝置的制造和運行費用均較低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案一種低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置，本裝置包括管狀或筒狀的反應器殼體，反應器殼體中設置有與其同軸設置的柱狀或棒狀的金屬陽極，反應器殼體的外側(cè)環(huán)繞有板狀或網(wǎng)狀的金屬陰極；所述反應器殼體中還設置有固態(tài)催化劑，所述催化劑充填在金屬陽極外壁與反應器殼體內(nèi)壁之間，且催化劑的上端面與金屬陰極的上端面相平齊，催化劑的下端面與金屬陰極的下端面相平齊；所述反應器殼體的上、下兩端處均設置有用于密封的封蓋，其中一個封蓋上設置有氣體進口，另一個封蓋上設置有氣體出口，所述金屬陽極的至少一端穿過封蓋并伸出在反應器殼體的外側(cè)；所述金屬陽極伸出在封蓋外側(cè)的一端與直流高壓電源的正極相連，金屬陰極與直流高壓電源的負極相連或者接地。本發(fā)明還可以通過以下技術措施得以進一步實現(xiàn)
優(yōu)選的，所述反應器殼體為石英玻璃管或陶瓷管，所述金屬陽極為銅棒或鋁棒或鐵棒 或不銹鋼棒，所述金屬陰極為銅板網(wǎng)或鋁板網(wǎng)或鐵板網(wǎng)或鋼板網(wǎng)，所述封蓋為硅橡膠塞。進一步的,所述催化劑由如下步驟制成
1)、黏土原礦提純
將含有凹凸棒石的海泡石原礦粉加入蒸餾水中，所述海泡石原礦粉的質(zhì)量單位以克計，蒸餾水的體積以毫升計，則所加入的海泡石原礦粉的質(zhì)量與蒸餾水的體積比例為5:3，攪拌lOmin，靜止傾倒出上層懸浮物，然后真空抽濾中間層懸浮液，所得固體濾餅在105°C下烘干研碎；
2)、酸活化
用濃度I. O 2. O mol/L的硝酸或者鹽酸活化經(jīng)I)步驟提存得到的固體物料，所述固體物料的質(zhì)量單位以克計，硝酸或者鹽酸的體積以毫升計，則所述固體物料的質(zhì)量與硝酸或者鹽酸的體積比例范圍為1:5 1:15 ;所述固體物料于20 60°C下浸泡在硝酸或者鹽酸中24 72h ;酸活化后所得物料用去離子水反復洗滌至中性，過濾得到濾餅，所得濾餅在120°C溫度加熱干燥4h，自然冷卻后研碎；
3)、改性
將步驟2)中制得的物料在室溫下浸潰于硝酸鈰溶液中24h，所述硝酸鈰溶液中氧化鈰的質(zhì)量濃度為4 8% ;而后將物料在60°C水浴鍋中蒸發(fā)干燥4h，并在200 260°C下焙燒6h，然后研磨至60目；如此反復浸潰、蒸發(fā)干燥、焙燒、研磨3 4次；將研磨得到的固體物料浸潰于質(zhì)量濃度為2 10%的Cu(NO3)2溶液中，在60°C下蒸發(fā)干燥4h，干燥后的固體物料研碎至230 250目，再用模具壓制成型，并在300 50(TC下加熱活化5h，最后粉碎成設定的顆粒體積即可。更進一步的，所述步驟I)中，海泡石原礦粉的質(zhì)量為200g，蒸餾水的體積為120ml ο所述步驟3)中，所述與設定的顆粒體積等體積的球型顆粒的直徑范圍為O. 5
2.5mmο所述步驟2)中，酸活化可按表I中的數(shù)據(jù)取值。表I酸活化數(shù)據(jù)表
權利要求
1.一種低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置，其特征在于本裝置包括管狀或筒狀的反應器殼體(3)，反應器殼體(3)中設置有與其同軸設置的柱狀或棒狀的金屬陽極(5)，反應器殼體(3)的外側(cè)環(huán)繞有板狀或網(wǎng)狀的金屬陰極(2);所述反應器殼體(3)中還設置有固態(tài)催化劑(6 )，所述催化劑(6 )充填在金屬陽極(5 )外壁與反應器殼體(3 )內(nèi)壁之間，且催化劑(6)的上端面與金屬陰極(2)的上端面相平齊，催化劑(6)的下端面與金屬陰極(2)的下端面相平齊；所述反應器殼體(3)的上、下兩端處均設置有用于密封的封蓋(7)，其中一個封蓋上設置有氣體進口，另一個封蓋上設置有氣體出口，所述金屬陽極(5)的至少一端穿過封蓋(7)并伸出在反應器殼體(3)的外側(cè)；所述金屬陽極(5)伸出在封蓋(7)外側(cè)的一端與直流高壓電源(8)的正極相連，金屬陰極(2)與直流高壓電源(8)的負極相連或者接地。
2.根據(jù)權利要求I所述的低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置，其特征在于所述反應器殼體(3)為石英玻璃管或陶瓷管，所述金屬陽極(5)為銅棒或鋁棒或鐵棒或不銹鋼棒，所述金屬陰極(2)為銅板網(wǎng)或鋁板網(wǎng)或鐵板網(wǎng)或鋼板網(wǎng)，所述封蓋(7)為硅橡膠塞。
3.根據(jù)權利要求2所述的低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置，其特征在于所述催化劑(6)由如下步驟制成 1)、黏土原礦提純 將含有凹凸棒石的海泡石原礦粉加入蒸餾水中，所述海泡石原礦粉的質(zhì)量單位以克計，蒸餾水的體積以毫升計，則所加入的海泡石原礦粉的質(zhì)量與蒸餾水的體積比例為5:3，攪拌lOmin，靜止傾倒出上層懸浮物，然后真空抽濾中間層懸浮液，所得固體濾餅在105°C下烘干研碎； 2)、酸活化 用濃度I. O 2. O mol/L的硝酸或者鹽酸活化經(jīng)I)步驟提存得到的固體物料，所述固體物料的質(zhì)量單位以克計，硝酸或者鹽酸的體積以毫升計，則所述固體物料的質(zhì)量與硝酸或者鹽酸的體積比例范圍為1:5 1:15 ;所述固體物料于20 60°C下浸泡在硝酸或者鹽酸中24 72h ;酸活化后所得物料用去離子水反復洗滌至中性，過濾得到濾餅，所得濾餅在120°C溫度加熱干燥4h，自然冷卻后研碎； 3)、改性 將步驟2)中制得的物料在室溫下浸潰于硝酸鈰溶液中24h，所述硝酸鈰溶液中氧化鈰的質(zhì)量濃度為4 8% ;而后將物料在60°C水浴鍋中蒸發(fā)干燥4h，并在200 260°C下焙燒6h，然后研磨至60目；如此反復浸潰、蒸發(fā)干燥、焙燒、研磨3 4次；將研磨得到的固體物料浸潰于質(zhì)量濃度為2 10%的Cu(NO3)2溶液中，在60°C下蒸發(fā)干燥4h，干燥后的固體物料研碎至230 250目，再用模具壓制成型，并在300 50(TC下加熱活化5h，最后粉碎成設定的顆粒體積即可。
4.根據(jù)權利要求3所述的低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置，其特征在于所述步驟I)中，海泡石原礦粉的質(zhì)量為200g，蒸餾水的體積為120ml。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置，其特征在于所述步驟3)中，所述與設定的顆粒體積等體積的球型顆粒的直徑范圍為O. 5 .2.5mmο
6.根據(jù)權利要求2 5任一項所述的低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置，其特征在于所述石英玻璃管或陶瓷管的內(nèi)徑27 32mm、壁厚2 3mm、長度120 360mm ；所述金屬陽極(5)為外徑為4 12mm的不銹鋼棒；所述金屬陰極(2)為厚度I. 6 2. 4mm的鋁板網(wǎng)，且鋁板網(wǎng)的沿反應器殼體(3)的軸向長度為60 320_。
7.一種根據(jù)權利要求I所述的低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置的處理方法，其特征在于所述直流高壓電源(8)連續(xù)放電，且直流高壓電源(8)的放電電壓為5 45KV，放電電流為O. 01 O. 4mA，放電功率為O. 2 4W ;進入反應器殼體(3)的廢氣流量為2 7L/min，廢氣初始濃度范圍為100 360ppm，空速范圍為6-12S—1。
全文摘要
本發(fā)明屬于氮氧化物脫除技術領域，具體涉及一種低溫等離子體協(xié)同催化劑脫除NOx的處理裝置及其處理方法。本發(fā)明的處理裝置中包括反應器殼體，反應器殼體中設有金屬陽極，反應器殼體外側(cè)包覆有金屬陰極；催化劑充填在金屬陽極外壁與反應器殼體內(nèi)壁之間，且催化劑與金屬陰極的位置相對應；反應器殼體的上、下兩端處均設置有封蓋，封蓋上設置有氣體進口和氣體出口；所述金屬陽極的一端與直流高壓電源的正極相連，金屬陰極與直流高壓電源的負極相連或者接地。本處理裝置可在室溫下進行催化反應，無需加熱，從而大大節(jié)約了能源。本處理裝置體積小，重量輕，使用便利，適宜于汽車安裝應用。此外，多個處理裝置還可串聯(lián)或并聯(lián)以保證氮氧化物的處理效果。
文檔編號B01D53/56GK102872716SQ201210392930
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2012年10月17日
發(fā)明者陳明功, 范旭, 李廣程, 陳明強 申請人:安徽理工大學