一种检测气体中非甲烷总烃浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种检测气体中非甲烷总烃浓度的方法。所述方法包括如下步骤：将待测气体通过中温选择性催化氧化柱，在260～380℃的条件下进行催化氧化，采用NDIR仪器检测经催化氧化后的气体中二氧化碳的浓度，经换算即得到待测气体中NMHC的浓度；选择催化氧化柱中装载的催化剂的组成如下：包括载体和负载于载体上的活性金属；载体为分子筛；活性金属为钯；催化剂中活性金属的质量含量为0.1～10％。本发明专利技术基于催化氧化‑NDIR的技术检测非甲烷总烃，通过甲烷乙烷混合气体的选择催化氧化作为模型反应(非甲烷总烃中最难氧化的为乙烷)，证实了所采用的催化剂具有非常高效的选择性转化NMHC(如乙烷)而不转化甲烷的能力，完全适用于在非甲烷总烃检测中的应用。

A method to detect the concentration of non methane hydrocarbon in gas

【技术实现步骤摘要】
一种检测气体中非甲烷总烃浓度的方法
本专利技术涉及一种检测气体中非甲烷总烃浓度的方法，属于气体监测领域。
技术介绍
在环境监测领域，总挥发性有机化合物(TotalVolatileOrganicCompounds，TVOCs)按世界卫生组织(WHO，1989)对其的定义为：熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。非甲烷总烃(Non-MethaneHydrocarbon，NMHC)通常是指除甲烷以外的碳氢化合物(其中主要是C2～C8)的总称，除含有碳氢化合物外，还包括醇、醛、酸、酯、酮等碳氢化合物衍生物以及C8以上挥发性有机物质。总挥发性有机化合物(TVOCs)和非甲烷总烃(NMHC)是两个不同的概念，定义上总挥发性有机化合物所涵盖的范畴大于非甲烷总烃，即有无加上甲烷浓度的区别。目前，NMHC是主要的一种环境空气和工业厂界源排放气体的污染程度指标，通过NMHC浓度值即可得到污染气体浓度的大致情况，有利于为环境监测与环境执法提供一种快速简便的测量指标。由于大气有机污染物的排放逐渐受到政府、社会与公众的广泛关注，总挥发性有机物和非甲烷总烃的监测仪器的灵敏性、便捷性以及安全性等性能一直以来都是环保部门和监测仪器制造厂商关注的重点。目前在非甲烷总烃的检测分析方法中，普遍采用的分析方法包括气相色谱法、荧光光度法、毛细管电泳法等。其中，因为氢火焰离子检测器(FID)对碳氢有机物具有的高灵敏度和线性宽度，所以用色谱柱分离甲烷和NMHC加FID检测器(GC+FID)方法是国内普遍采用的非甲烷总烃监测的一种手段。然而，GC+FID方法存在的高纯氢气安全性问题、环境气体干扰、“等碳效应”导致的含不饱和键或杂原子有机物响应值低所引起的检测浓度的误差、不能连续采样分析等诸多缺点，严重制约着其在不同污染排放源中NMHC监测的应用。现有技术公开了利用催化法检测非甲烷总烃的方法，但是其方法都是利用FID检测甲烷，利用催化技术将TVOCs转换为甲烷，再用FID检测生成甲烷，进而得到NMHC浓度，这种方法依旧使用GC+FID检测甲烷的浓度，本质上没有摆脱GC+FID检测法的固有缺陷，如便捷性、安全性和经济性低等缺点，对目前环境监测领域需求的高经济性、高效率的检测TVOCs和NMHC还是会有一定的困难。基于“催化氧化-NDIR”技术的非甲烷总烃(NMHC)的监测技术是利用高选择性、高稳定性的催化剂，在一定的温度区间内，将NMHC催化氧化为二氧化碳和水，再通过目前成熟的非线性红外(NDIR)测量产生的二氧化碳浓度，从而推算出NMHC的浓度。利用NDIR检测器技术有着以下几个优点：体积小，可方便携带；安全性高，不含FID中H2辅助带来的安全隐患；经济性高，相比于FID检测器，NDIR技术可大大降低检测成本；检测过程快捷，相比于GC+FID方法中色谱柱的分离时间长达几分钟的缺点，催化氧化NDIR技术可以做到实时监测；测量灵敏度高，目前成熟的NDIR传感器检测CO2浓度的灵敏度可达1ppm(0.536mg/m3，以C计)以下；通过催化氧化技术可以将NMHC中的目标有机物全部转化为CO2，有效地规避了FID/PID对不同种类的有机物的响应差别所引起的检测浓度的误差，具有优越的全谱检测能力。催化氧化-NDIR技术的关键核心技术在于催化材料的选择确定与合成制备。催化材料能否达到相应要求，一般需要满足以下几点条件：(1)催化选择性高，将NMHC完全氧化为CO2，同时保留甲烷，且具有宽的温度操作窗口；(2)稳定性好，长期使用仍能保持着高催化活性与选择性；(3)抗环境干扰能力强，对于不同浓度，不同组分的气体，其能够保持着在相应温度区间将NMHC转化为CO2的催化氧化能力。对于NMHC检测所用的催化氧化-NDIR技术，选择NMHC检测中催化氧化材料具有一定的挑战性，如选择性地实现NMHC的完全催化氧化。尽管甲烷作为一种最为稳定的烃类物质，但是在含乙烷、丙烷等相似化学性质的有机物时，将NMHC在一定的温度范围内完全氧化为CO2，而保留住甲烷使其不转化，是技术的关键与挑战。因此，若研制出一类催化材料能够拥有使NMHC完全氧化而保留甲烷不被氧化的能力，那么其可以应用于NMHC的选择氧化和检测分析作为催化材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种检测气体中非甲烷总烃浓度的方法，本专利技术方法是基于催化氧化-NDIR技术实现了非甲烷总烃的检测，能够在一定的温度区间内将非甲烷总烃完全转化为二氧化碳的同时，选择性的完全不转化甲烷，避免甲烷对NMHC检测的干扰；然后利用目前成熟的非分散红外(NDIR)技术测量二氧化碳的浓度从而换算为非甲烷总烃的质量浓度。具体地，本专利技术提供的检测气体中非甲烷总烃浓度的方法，包括如下步骤：将待测气体通过中温选择性催化氧化柱，在260～380℃的条件下进行催化氧化，采用NDIR传感器检测经催化氧化后的气体中二氧化碳的浓度，经换算即得到待测气体中NMHC的浓度；所述中温选择性催化氧化柱中装载的催化剂的组成如下：包括载体和负载于所述载体上的活性金属；所述载体为分子筛；所述活性金属为钯；所述催化剂中，所述活性金属的质量含量为0.1～10％，优选0.2～1％或0.5％。上述的方法中，所述分子筛可为ZSM系列分子筛、Beta分子筛、MOR分子筛、Y型分子筛、A型分子筛或X型分子筛等，优选ZSM系列分子筛中的ZSM-5分子筛。上述的方法中，所述催化剂还包括负载于所述分子筛上的助剂金属成分；所述助剂金属为钾、钠、锰、铁、钴、镍、铈、镧、铬、钒和锡在至少一种。上述的方法中，所述分子筛的硅铝比可为20～80，优选25～50、25或50，尺寸为100nm～10μm，如尺寸为1～10μm左右的微米级分子筛，尺寸为100～1000nm左右的纳米级分子筛。本专利技术方法中，当采用不同硅铝比的分子筛作为载体，且活性金属为钯，其质量含量为0.2～1％(优选0.5％)时，所述催化剂所适用的催化氧化温度是不同的，具体如下：1)当所述分子筛为硅铝比为25的纳米级ZSM-5分子筛时，所述催化氧化的温度为260～360℃；2)当所述分子筛为硅铝比为25的微米级ZSM-5分子筛时，所述催化氧化的温度为350～370℃；3)当所述分子筛为硅铝比为50的微米级ZSM-5分子筛时，所述催化氧化的温度为300～340℃；4)当所述分子筛为硅铝比为25的微米级MOR分子筛时，所述催化氧化的温度为340～360℃。上述的方法中，所述待测气体中NMHC的质量浓度为1～1500mg/m3。上述的方法中，需要扣除待测气体中的二氧化碳(即背景浓度)，然后进行换算；可通过如下方式测定：采用NDIR直接检测待测气体中二氧化碳的浓度。本专利技术方法采用的催化剂可通过常规的方法进行制备，如：等体积浸渍法、真空浸渍法、离子交换法、液相还原负载法等方法。本专利技术方法可采用现有的NDIR仪器检测二氧化碳的浓度。本专利技术基于催化氧化-NDIR的技术检测非甲烷总烃，通过甲烷乙烷混合气体的选择催化氧化作为模型反应(非甲烷总烃中最难氧化的为乙烷)，证实了所采用的催化剂具有非常高效的选择性转化NMHC(如乙烷)而不转化甲烷的能力，完全适用于在非甲烷总烃检测中的应用。为了进一步验证该类催化转化材料的选择催化氧化性能，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测气体中非甲烷总烃浓度的方法，包括如下步骤：将待测气体通过中温选择性催化氧化柱，在260～380℃的条件下进行催化氧化，采用NDIR仪器检测经催化氧化后的气体中二氧化碳的浓度，经换算即得到待测气体中NMHC的浓度；所述中温选择性催化氧化柱中装载的催化剂的组成如下：包括载体和负载于所述载体上的活性金属；所述载体为分子筛；所述活性金属为钯；所述催化剂中，所述活性金属的质量含量为0.1～10％。

【技术特征摘要】
1.一种检测气体中非甲烷总烃浓度的方法，包括如下步骤：将待测气体通过中温选择性催化氧化柱，在260～380℃的条件下进行催化氧化，采用NDIR仪器检测经催化氧化后的气体中二氧化碳的浓度，经换算即得到待测气体中NMHC的浓度；所述中温选择性催化氧化柱中装载的催化剂的组成如下：包括载体和负载于所述载体上的活性金属；所述载体为分子筛；所述活性金属为钯；所述催化剂中，所述活性金属的质量含量为0.1～10％。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分子筛为ZSM系列分子筛、Beta分子筛、MOR分子筛、Y型分子筛、A型分子筛或X型分子筛。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述催化剂还包括负载于所述分子筛上的助剂金属成分；所述助剂金属为钾、钠、锰、铁、钴、镍、铈、镧、铬、钒和锡中至少一种。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中申，黎刚刚，郝郑平，李娜，张鑫，程杰，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11