一种改性硅基吸附材料及有机污染物的低温原位降解方法技术

本发明专利技术提供一种改性硅基吸附材料及有机污染物的低温原位降解方法。本发明专利技术提供了一种改性硅基吸附材料，所述吸附剂以分子筛作为载体，表面负载具有催化特性的金属氧化物，所述金属氧化物与分子筛通过水热合成方法制备。经验证，上述改性硅基吸附材料对于苯系有机污染物具有良好吸附及脱附效果，并且在低温加热条件下即可实现有机污染物的原位催化降解及吸附剂的充分脱附效果，具有节能、高效、安全可控、装置简单、操作方便的特点，具有良好的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
一种改性硅基吸附材料及有机污染物的低温原位降解方法
本专利技术属于有机污染物处理
，具体涉及一种通过金属氧化物改性的硅基吸附材料及应用所述硅基吸附材料快速再生的同时对有机污染进行原位催化氧化降解的方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。VOCs(Volatileorganiccompounds)即挥发性有机化合物，是一类有机化合物的统称，美国环保署(EPA)将其定义为除CO、CO2、碳酸、金属碳化物或碳酸盐和碳酸铵外，所有参与大气光化学反应的碳化合物。主要产生于油漆生产、化纤行业、金属涂装、化学涂料、制鞋制革、胶合板制造、轮胎制造等行业。有害的挥发性有机化合物主要包括各种烷烃、烯烃、含氧烃、和卤代烃等脂肪族、芳香族化合物，如苯、丙酮、甲苯、苯酚、二甲基苯胺、甲醛、正己烷、乙酸乙酯、乙醇等。VOCs排入大气中会破坏大气中的臭氧层，导致光化学烟雾的产生，且大多数的VOCs都有毒有害，对人体的健康会造成间接或直接的危害。随着环境问题的日益严峻，废气排放治理技术的研发也成为科研人员关注的重点。优先选择成本低、能耗少、无二次污染的废气净化处理方法，实现资源的循环利用是目前对于VOCs处理的主要原则。现阶段VOCs治理技术主要有燃烧法、生物法、低温等离子法、光催化氧化法、吸附法、催化氧化法。其中吸附法操作简单、成本低，是处理挥发性有机污染物的一种有效方法。所述吸附法多采用吸附剂吸附有害成分从而达到消除有害污染的目的，吸附剂作为吸附技术的关键，一般需要具有丰富的孔隙结构与比表面积，并且具有良好的稳定性。目前，国内外对于VOCs吸附材料的报道多以分子筛和活性炭为主，其中，活性炭吸附材料虽然具有较大的吸附容量，但在较高热脱附温度下存在较大的安全隐患。相对而言，分子筛吸附材料因具有优良的热稳定性和吸附-脱附重复利用性能，安全性好的优势得到了较多的应用。本领域内通常采用热空气吹扫方式对分子筛进行脱附再生，且往往连接催化燃烧装备对浓缩脱附气体进行氧化降解处理。分子筛吸附、热空气脱附加催化燃烧工艺虽然能够有效治理VOCs，但也存在工艺复杂、能耗高的弊端。将具有催化活性的成分负载于吸附剂，一方面吸附剂则可提供有效的表面和适宜的孔结构，降低活性组分的团聚，并增强催化剂的机械强度，另一方面活性组分的分散性和催化活性得到提高，且可以集脱附再生和催化燃烧于一体，提高技术经济性。
技术实现思路
本专利技术充分利用硅基吸附材料对有机污染物的吸附特性，与传统的吸附材料再生技术相比，突破了有机污染物在脱附过程中对环境造成再次污染的缺陷，实现吸附材料快速再生的同时，对有机污染物进行低温催化氧化降解的双重功能。基于上述技术效果，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术第一方面，提供一种改性硅基吸附材料，所述改性硅基吸附材料以多孔硅基材料为载体，表面负载具有催化功能的金属氧化物；所述载体为分子筛，所述分子筛为USY、NaY、13X、ZSM中的一种。所述金属氧化物为具有催化有机污染物降解作用的金属氧化物，为包括但不限于MnOX、CoOX、CeOX、FeOX、VOX、NiO、TiO2、WO3等中的一种或几种。现有研究表明，负载型的有机污染物催化剂中，载体可提供有效的表面积和孔隙结构，降低金属氧化物的团聚现象，增强催化剂的机械强度。其中，分子筛材料具有较多的酸位点，本身具有良好催化活性，可以起到吸附和负载的效果，并且上述分子筛的酸度对于金属氧化物的催化活性具有一定的促进作用。上述分子筛负载金属氧化物之后形成吸附材料，在较低温度条件下加热可以同时实现有机污染物的原位催化降解及吸附剂的再生。本专利技术第二方面，提供第一方面所述改性硅基吸附材料在制备有机污染物降解产品中的应用。本专利技术第三方面，提供一种有机物污染物降解催化剂，所述有机污染物降解催化剂中包括第一方面所述有机污染物吸附剂。本专利技术第四方面，提供一种有机污染物的低温原位降解方法，所述降解方法包括采用第一方面所述有机污染物吸附剂对有机污染物进行吸附，将吸附饱和的硅基吸附材料进行加热脱附再生。本专利技术提供的有机污染物吸附剂能够在温度环境为50℃-330℃的低温条件下进行有机污染物脱附和在吸附剂表面原位降解，该温度环境显著低于现有技术中负载型催化剂的降解温度，降解率可达到80％以上。以上一个或多个技术方案的有益效果是：本专利技术所制备的Mn3O4/USY、Pt-Mn3O4/USY、Co3O4/USY吸附材料对有机污染物均具有良好的吸附特性，对其进行热再生，可实现有机污染物的原位催化氧化的降解，实现吸附剂再生和VOCs催化氧化一体化。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为实施例1中所述Mn3O4/USY的扫描电镜照片。图2为实施例1中所述Mn3O4/USY材料甲苯的吸附曲线图。图3为实施例1中所述Pt-Mn3O4/USY对甲苯的吸附曲线图。图4为实施例1中所述Mn3O4/USY、Pt-Mn3O4/USY在相对湿度75％、不同床层温度条件下催化甲苯降解特性。图5为实施例1中所述Pt-Mn3O4/USY在相对湿度75％条件下催化甲苯的降解率和CO2产生率。图6为实施例2中所述Co3O4/USY吸附材料的XRD图。图7为实施例2中所述Co3O4/USY吸附材料的扫描电镜照片。图8为实施例2中所述Co3O4/USY吸附材料常温下对甲苯吸附循环曲线图。图9为实施例2中所述Co3O4/USY吸附材料对甲苯催化氧化降解结果。图10为实施例2中所述Co3O4/USY吸附材料在干、湿态下对甲苯催化氧化降解结果。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，针对现有技术中有机污染物处理材料的不足，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种通过金属氧化物进行表面改性的硅基吸附材料以及在有机污染物降解方面的应用。本专利技术第一方面，提供一种改性硅基吸附材料，所述改性硅基吸附材料以多孔硅基材料为载体，表面负载具有催化功能的金属氧化物；所述载体为分子筛，所述分子筛为USY、NaY、13X、ZSM中的一种。所述金属氧化物为具有催化有机污染物降解作用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性硅基吸附材料，其特征在于，所述改性硅基吸附材料以多孔硅基材料为载体，表面负载具有催化功能的金属氧化物；/n所述载体为分子筛，所述分子筛为USY、NaY、13X、ZSM中的一种；/n所述金属氧化物为具有催化有机污染物降解作用的金属氧化物，包括但不限于MnO

【技术特征摘要】
1.一种改性硅基吸附材料，其特征在于，所述改性硅基吸附材料以多孔硅基材料为载体，表面负载具有催化功能的金属氧化物；
所述载体为分子筛，所述分子筛为USY、NaY、13X、ZSM中的一种；
所述金属氧化物为具有催化有机污染物降解作用的金属氧化物，包括但不限于MnOX、CoOX、CeOX、FeOX、VOX、NiO、TiO2、WO3中的一种或几种。


2.如权利要求1所述改性硅基吸附材料，其特征在于，所述金属氧化物均匀附着在多孔硅基材料表面；
优选的，所述金属氧化物通过物理吸附作用附着在多孔硅材料表面；
优选的，所述金属氧化物全部或部分通过化学键与多孔硅材料连接。


3.如权利要求1所述改性硅基吸附材料，其特征在于，所述有机污染物吸附剂，在金属氧化物表面还进行贵金属修饰，如铂修饰，钯修饰，铷修饰。


4.如权利要求1所述改性硅基吸附材料，其特征在于，所述有机污染物含有为甲醛、乙醚、丙酮、苯、甲苯或苯系物的气体环境；
优选的，所述气体环境中包含甲醛、乙醚、丙酮、苯、甲苯或苯系物，所述有机污染物浓度为10ppm-1000ppm。


5.如权利要求1所述改性硅基吸附材料，其特征在于，所述改性硅基吸附材料的制备方法包括以下步骤：将金属氧化物合成原料与分子筛加入溶剂中混均得到混合溶液，将所述混合溶液置于反应釜中通过水热合成方法得到固体样品，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙静，李法齐，王文龙，于冠群，马晓玲，宋占龙，赵希强，毛岩鹏，王旭江，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37