一種常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法，屬于廢氣治理技術領域，其包括如下步驟：(1)噴涂廢氣與自上而下噴淋下的清水相向碰撞，脫除噴涂廢氣中的漆霧顆粒；(2)經步驟(1)處理后的廢氣與自上而下噴淋下的堿性噴淋液相向碰撞，中和反應生成鹽；(3)經步驟(2)處理后的廢氣中通入臭氧，在Pt/TiO2催化劑的作用下，臭氧與廢氣中的水分反應，生成的O2和羥基自由基與廢氣產生氧化還原反應，生成CO2和H2O，完成噴涂廢氣的處理。此種處理方法不需要加熱，在常溫下就能進行，因而所需成本較低，可以適合大規(guī)模的噴涂VOCs廢氣處理的使用。
【專利說明】
一種常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于廢氣治理技術領域，具體涉及一種常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè) VOCs廢氣的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國人民消費水平的提高，汽車需求量也不斷攀升，汽車制造業(yè)被推進了一 個新的階段。汽車制造業(yè)在快速發(fā)展的同時，也展現(xiàn)了其粗放型的一面，主要體現(xiàn)在節(jié)能和 環(huán)保方面，尤其涂裝車間一度以高能耗、高污染著稱。汽車涂裝會產生大量的涂層漆霧，含 有較高濃度的甲苯、二甲苯和非甲烷總烴等揮發(fā)性有機氣體(VOCs)。這些VOCs不僅對人體 產生刺激作用，嚴重威脅人類健康，而且有機化合物中的烯烴和某些芳香烴化合物在陽光 的作用下，還可以和氮氧化物發(fā)生反應形成洛杉磯型的光化學煙霧或工業(yè)型光化學煙霧， 造成二次污染，對生態(tài)環(huán)境造成破壞。因此，如何處理涂裝車間內的VOCs是擺在我們面前的 一個重要問題。
[0003] 目前，對揮發(fā)性有機化合物的處理技術主要以物理化學方法居多，主要有活性炭 吸附法、物理吸收法、催化燃燒法和膜吸收法等。近來，興起的生物過濾法由于具有去除效 率高、運行費用低和較少形成二次污染等優(yōu)點而被廣泛關注。生物過濾法主要是利用高效 填料快速傳質、吸附的特性以及微生物的特殊功能，使廢氣迅速進入填料表面，與微生物接 觸，從而將VOCs物質降解或轉化成一些無害或低害類物質。但是，利用單獨的生物過濾技術 對噴涂廢氣進行處理的過程中，噴霧不僅會降低生物過濾裝置的去除效果，而且會對裝置 的機體造成磨損和腐蝕，以至于無法達到良好的去除效果。
[0004] 中國專利201410722698.8公開了一種噴涂廢氣生物凈化組合處理方法，該方法將 噴涂廢氣先經纖維棉過濾裝置過濾，再以下進上出的方式送入裝有填料的反應器進行生物 過濾，在生物過濾的同時，由上向下的流動方式對填料進行營養(yǎng)液的噴淋，為微生物提供生 長所需的碳源以外的其他元素，來保證微生物的活性，提高凈化效果。此種方法雖然能高效 去除噴漆過程中產生的漆霧及甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等揮發(fā)性主要污染物，但是需占用 大量的面積，增高應用成本，并且微生物的品種也是一個非常重要的影響因素，降低了可控 性。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢 氣的方法，能夠在常溫條件下提高對噴涂廢氣的治理效果。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:發(fā)明一種常溫高效催化降解汽車噴 涂行業(yè)VOCs廢氣的方法，其特征在于:包括如下步驟：
[0007] (1)收集的噴涂廢氣從底部進入第一噴淋塔，在第一噴淋塔內與自上而下噴淋下 的清水相向碰撞，脫除噴涂廢氣中的漆霧顆粒，第一噴淋塔的底部排出由漆霧顆粒匯集成 的漆液、頂部排出噴淋處理后的廢氣；
[0008] (2)第一噴淋塔排出的廢氣從底部進入第二噴淋塔，在第二噴淋塔內與自上而下 噴淋下的堿性噴淋液相向碰撞，中和反應生成鹽，第二噴淋塔的底部排出鹽、頂部排出噴淋 處理后的廢氣；
[0009] (3)第二噴淋塔排出的廢氣中通入臭氧，在Pt/Ti02催化劑的作用下，臭氧與廢氣 中的水分反應，生成的〇 2和羥基自由基與廢氣產生氧化還原反應，生成〇)2和出0，完成噴涂 廢氣的處理;所述Pt/Ti0 2催化劑的制備方法為：
[0010] a.通過TiCl4與乙二醇反應制得兩原子厚的Ti〇2片；
[0011] b.取步驟a中1質量份的Ti〇2片分散在1質量份的水中，加入0.05質量份的H2PtCl4， 然后在恒溫條件下用磁力攪拌器攪拌溶液2h，使溶液中的Pt離子吸附在Ti02片上；
[0012] c.采用波長200~275nm的紫外光照射步驟b中得到的吸附有Pt離子的Ti02片 lOmin，然后用水清洗制得Pt/Ti02催化劑。
[0013]優(yōu)選的，步驟(3)中，所述Pt/Ti〇2催化劑負載在填料上。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟(3)在密閉的氧化塔內進行，填料位于氧化塔的中部，氧化塔的 底部的連通臭氧發(fā)生器和第二噴淋塔的頂部、上部連通排氣筒。
[0015] 優(yōu)選的，步驟(1)中收集的漆液作為噴涂底漆。
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟c中，清洗至濾液中雜質含量低于1 %。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 1、反應不需要加熱，在常溫下就能進行，因而所需成本較低，可以適合大規(guī)模的噴 涂VOCs廢氣處理的使用。
[0019] 2、常溫下高效催化VOCs降解，催化劑可將氣態(tài)臭氧分子在水蒸氣的條件下轉化成 大量的羥基自由基，羥基自由基具有的強氧化性催化VOCs降解;同時還能降低反應活化能， 提高了反應速率，加快了 VOCs降解反應速度。兩者結合可在常溫下快速將VOCs降解，避免現(xiàn) 有技術中催化燃燒工藝的不足。
[0020] 3、在常溫下催化劑催化臭氧產生大量"氣態(tài)"羥基自由基釋放，與氣態(tài)的廢氣間因 無任何相間阻力，可快速、高效地與氣態(tài)VOCs分子接觸催化氧化和還原，將VOCs消解成小分 子c〇 2、H2〇及極少量無機鹽，使得以"氣"治"氣"的效率擴增。實際工程運行表明：氣體在通過 反應區(qū)速率在l-llm/ s之間就能夠達到很好的處理效果，完全達標排放。
[0021] 4、本技術不存在明火、明電，在常溫下高效催化污染物，無需高溫、無需高壓放電、 無需脈沖、無需紫外光等強化手段的安全隱患，使用極其安全不存在易燃易爆的安全隱患。 [0022] 5、本發(fā)明的催化劑是原子分散級的，催化劑與VOCs接觸的表面積大大增加，活性 位點增多，因而反應速率增大，降解率提高，使得VOCs的處理效果更好。
[0023] 6、本發(fā)明采用純貴金屬制作原子級納米催化劑，不摻雜其他元素，催化性能相對 于摻雜其他元素的催化劑更好，對臭氧的催化性能更佳，可以更加高效、快速地產生羥基自 由基，因而使得VOCs降解速率更快。
[0024] 7、本發(fā)明可以高效降解處理汽車噴涂行業(yè)中VOCs中苯系物為主的難降解的物質， 相比其他方法處理后的VOCs中殘留的物質更少，治理更加徹底。
【具體實施方式】
[0025]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0026] 本發(fā)明在汽車制造行業(yè)中治理噴涂廢氣步驟如下：
[0027] (1)收集的噴涂廢氣從底部進入第一噴淋塔，在第一噴淋塔內與自上而下噴淋下 的清水相向碰撞，使得廢氣中的漆霧顆粒受到阻擋，相互碰撞匯集成大的油漆顆粒，增大自 身重力，從而改變運動方向，隨清水流下，達到脫除噴涂廢氣中漆霧顆粒的目的，第一噴淋 塔的底部排出由漆霧顆粒匯集成的漆液、頂部排出噴淋處理后的廢氣。收集漆液，作為再次 噴涂的底漆使用，實現(xiàn)漆料的回收利用。
[0028] (2)第一噴淋塔排出的廢氣從底部進入第二噴淋塔，在第二噴淋塔內與自上而下 噴淋下的堿性噴淋液相向碰撞，堿性噴淋液與廢氣中的酸性成分發(fā)生中和反應，生成溶于 水或者不溶于水的鹽，隨噴淋液排出從第二噴淋塔的底部排出，經過中和反應后的廢氣則 從第二噴淋塔的頂部排出。經此處理后，廢氣的腐蝕能力大大降低，減輕后續(xù)處理過程的腐 蝕程度，利于延長后續(xù)設備的使用壽命。
[0029] (3)第二噴淋塔排出的廢氣通入在密閉的氧化塔內，填料位于氧化塔的中部，氧化 塔的底部的連通臭氧發(fā)生器和第二噴淋塔的頂部、上部連通排氣筒。在Pt/Ti02催化劑的作 用下，臭氧與廢氣中的水分反應，生成的〇 2和羥基自由基與廢氣產生氧化還原反應，生成C02 和H20,處理后的廢氣經引風機排向排氣筒，最終排向大氣，完成噴涂廢氣的處理;反應原理 如下：
[0030] 一方面，Pt/Ti〇2催化劑降低了 VOCs和〇2反應的活化能，使反應更加容易進行，同時 也降低了反應溫度，節(jié)約了能源。
[0031] VOCs與02反應的機構：
[0032] 〇2+activesite^2[0]
[0033] VOCs+activesite^[VOCs]
[0034] [0] + [VOC]^C〇2+〇2
[0035] 另一方面，臭氧在貴金屬的催化作用下，與潤濕廢氣中的水分和空氣中的水蒸汽 反應，最終分解成了 〇2和羥基自由基，而羥基自由基由于具有強氧化性，能夠將VOCs氧化成 C02 和 H20。
[0036] 〇3+H2〇^H2〇2+〇2
[0037] H2〇2^2 · OH
[0038] V0Cs+ · OH^C〇2+H20
[0039] 再一方面，催化劑同時凈化中VOCs中的CO、HC和NOx三效催化系統(tǒng)，把CO、HC完全氧 化成C〇2和水，把N0x還原成氮氣。
[0040] 氧化反應：
[0041 ] 2CO+〇2^2C〇2
[0042] 4HC+5〇2^4C〇2+2H20
[0043] 2NO+2C0^2C〇2+N2
[0044] 4HC+10N0^5N2+4C〇2+2H20
[0045] 6Ν0+4ΝΗ3^5Ν2+6Η20
[0046] 2NH3-N2+3H2
[0047] 還原反應：
[0048] 2Ν0+2Η2^Ν2+2Η20
[0049] NOx+xC0^1/2N2+xC〇2
[0050] CO+H2O^C〇2+H2
[0051] 在以上三個方面的共同作用下，VOCs氣體的處理效果明顯提高，處理高效，而且成 本較低，可以得到大規(guī)模的實現(xiàn)運用。
[0052]所述Pt/Ti02催化劑的制備方法為：
[0053] a.通過TiCl4與乙二醇反應制得兩原子厚的Ti〇2片；
[0054] b.取步驟a中1質量份的Ti02片分散在1質量份的水中，加入0.05質量份的!12?比14， 然后在恒溫條件下用磁力攪拌器攪拌溶液2h，使溶液中的Pt離子吸附在Ti02片上；
[0055] c.采用波長200~275nm的紫外光照射步驟b中得到的吸附有Pt離子的Ti02片 lOmin，紫外光的波長可以具體為200nm、240nm和275nm;然后用水清洗，清洗至濾液中雜質 含量低于1 %，制得Pt/Ti02催化劑，將Pt/Ti02催化劑負載在填料上，然后放置氧化塔內的托 盤上。
[0056]經過試驗，噴涂廢氣的治理效果見下表：
[0058]由此結果可以看出，在室溫下，該發(fā)明對VOCs中芳香烴類的降解率比較高，且排放 濃度將近達到無組織排放監(jiān)控濃度限值，因此效果十分不錯。
[0059]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業(yè)的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以組合、變更或改型均為本發(fā)明 的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施 例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1. 一種常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法，其特征在于:包括如下步驟： (1) 收集的噴涂廢氣從底部進入第一噴淋塔，在第一噴淋塔內與自上而下噴淋下的清 水相向碰撞，脫除噴涂廢氣中的漆霧顆粒，第一噴淋塔的底部排出由漆霧顆粒匯集成的漆 液、頂部排出噴淋處理后的廢氣； (2) 第一噴淋塔排出的廢氣從底部進入第二噴淋塔，在第二噴淋塔內與自上而下噴淋 下的堿性噴淋液相向碰撞，中和反應生成鹽，第二噴淋塔的底部排出鹽、頂部排出噴淋處理 后的廢氣； (3) 第二噴淋塔排出的廢氣中通入臭氧，在Pt/Ti02催化劑的作用下，臭氧與廢氣中的水 分反應，生成的〇 2和羥基自由基與廢氣產生氧化還原反應，生成〇)2和出0，完成噴涂廢氣的 處理;所述Pt/Ti0 2催化劑的制備方法為： a. 通過TiCl4與乙二醇反應制得兩原子厚的Ti〇2片； b. 取步驟a中1質量份的Ti02片分散在1質量份的水中，加入0.05質量份的!12?比14,然后 在恒溫條件下用磁力攪拌器攪拌溶液2h，使溶液中的Pt離子吸附在Ti0 2片上； c. 采用波長200~275nm的紫外光照射步驟b中得到的吸附有Pt離子的Ti02片lOmin，然 后用水清洗制得Pt/Ti0 2催化劑。2. 根據權利要求1所述的常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法，其特征在 于:步驟(3)中，所述Pt/Ti〇2催化劑負載在填料上。3. 根據權利要求2所述的常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法，其特征在 于:所述步驟(3)在密閉的氧化塔內進行，填料位于氧化塔的中部，氧化塔的底部的連通臭 氧發(fā)生器和第二噴淋塔的頂部、上部連通排氣筒。4. 根據權利要求1至3任一所述的常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法，其 特征在于:步驟(1)中收集的漆液作為噴涂底漆。5. 根據權利要求4所述的常溫高效催化降解汽車噴涂行業(yè)VOCs廢氣的方法，其特征在 于:所述步驟c中，清洗至濾液中雜質含量低于1%。
【文檔編號】B01D53/72GK106076086SQ201610506076
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】李其忠, 丁輝
【申請人】李其忠