一种快速再生的硅基吸附材料及微波原位降解有机污染物的方法技术

本发明专利技术具体涉及一种快速再生的硅基吸附材料及微波原位降解有机污染物的方法。针对有机污染物，本发明专利技术提供了一种用于有机污染物处理的改性硅基吸附材料，所述硅基吸附材料以分子筛作为载体，表面负载具有催化和吸波双重特性的金属氧化物。当负载金属氧化物的吸附材料对有机污染物达到吸附饱和时，将其置于微波场中，通过控制功率来控制反应温度。微波对金属氧化物具有选择性加热作用，塑造局部热点，从而启动催化作用，达到对吸附材料的微波再生和对有机污染物原位催化氧化。该方法可以在较短时间内实现吸附材料的再生，并对有机污染物原位催化氧化，节能、高效、安全可控、装置简单、操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种快速再生的硅基吸附材料及微波原位降解有机污染物的方法
本专利技术属于挥发性有机污染物处理
，具体涉及一种改性的硅基吸附材料，及基于所述硅基吸附材料通过微波快速再生、同时原位催化有机污染物氧化降解的应用。
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，包括卤代烃、芳族化合物、多环芳烃、醛、酮、醇、醚、烷烃和烯烃等，广泛产生于油漆生产、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。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，还会促进二次有机气溶胶的形成并且大多数的VOCs都有毒有害，严重威胁环境和人类健康。因此，VOCs治理迫在眉睫。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治理技术主要有吸附法、燃烧法、催化氧化法、生物法、低温等离子法、光催化氧化法等。其中，吸附法以成本低、能耗少的优势成为广泛应用的VOCs处理技术。吸附法多采用固体吸附剂对废气中的挥发性有机物进行吸附，从而达到脱除目的。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，以分子筛和活性炭为主，其中，活性炭吸附材料通常具有较大的吸附容量，但在较高再生温度下存在较大的安全隐患；相比而言，分子筛吸附材料因具有优良的热稳定性、安全性和吸附-脱附重复利用性能的优势得到了较多的应用。吸附技术虽然可将废气中的VOCs脱除达到气体净化的目的，但其本质上是将低浓度的VOCs富集，吸附剂再生过程产生的浓缩VOCs气体仍需要谨慎处理以避免二次污染。将脱附的浓缩VOCs气体通入催化氧化装备进行彻底降解是一种不错的选择，因此，工业上吸附技术往往与催化氧化技术联合用于VOCs治理，但仍然存在效率较低、设备和工艺复杂的弊端，如能将吸附剂高效再生和催化氧化技术协同，将大大促进VOCs治理技术的发展和提高技术经济性。
技术实现思路
针对目前分子筛吸附、热空气脱附加催化氧化工艺效率较低、设备和工艺复杂的弊端。本专利技术目的在于改善上述VOCs治理技术的缺陷，将吸附剂的再生和VOCs的催化氧化两个过程进行集成，并利用微波选择性、快速性加热的特色优势，提供一种吸附剂吸附、微波再生同时原位催化有机物降解的VOCs治理技术。该技术的关键在于吸附材料的改性，因此本专利技术提供一种可快速再生同时原位催化有机物降解的硅基吸附材料。基于上述技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供一种快速再生的硅基吸附材料，所述硅基吸附材料以多孔硅材料为载体，表面负载具有吸波和催化双重功能特性的金属氧化物；所述多孔硅材料分子筛，包括但不限于USY、NaY、13X、ZSM分子筛中的一种或混合物；所述金属氧化物为包括但不限于CuO、MnO、Mn3O4、Co3O4、NiO、CeO2中的一种或几种。本专利技术提供了一种针对硅基吸附材料的改性方法，将具有催化活性和吸波特性的金属氧化物负载于吸附剂：一方面吸附剂可提供有效的表面和适宜的孔结构，降低活性组分的团聚，提高其分散性和催化活性，并增强催化剂的机械强度。另一方面，利用微波加热特色机制可实现吸附剂再生和VOCs催化氧化一体化，微波快速性、整体性加热可实现吸附质的快速脱附和吸附材料的快速再生；微波选择性加热特性可使金属氧化物快速升温，启动其催化作用，达到对有机污染物原位催化氧化。该改性硅基吸附材料对于VOCs具有良好的吸附效果，特别是甲醛、乙醚、丙酮、苯及苯系物有机污染物，对于浓度为10ppm-1000ppm范围内的有机污染物都能实现良好的吸附作用。该改性硅基吸附材料经微波加热即可实现有机污染物的原位催化氧化降解和吸附材料快速再生。特别的，本专利技术研究还证实了，基于这种改性方式获得的硅基吸附材料通过微波加热后，不仅对于有机污染物具有良好的降解效果，该硅基吸附材料自身也具有良好循环再生性能，多次加热后效能依然不下降。本专利技术第二方面，提供一种微波原位催化降解有机污染物的方法，所述方法包括采用第一方面所述硅基吸附材料吸附有机污染物，并置于微波环境中加热进行降解。微波对金属氧化物具有选择性加热作用。物质吸收微波的能力与物质特性有关，具有吸波特性的金属氧化物同微波有较强耦合作用，强烈吸收微波并将微波能转化为热能而升温快。吸附材料以硅基吸附材料为载体，负载吸波特性的金属氧化物，因此，在微波场中金属氧化物形成局部热点，从而启动吸附材料的催化作用。当负载金属氧化物的吸附材料对有机污染物达到吸附饱和时，将其置于微波场中，通过控制一定的功率，进而控制温度。微波对金属氧化物进行精准加热，在吸附材料的表面形成局部热点，对有机污染物达到原位催化氧化作用，同时实现硅基吸附材料的快速再生。基于上述原理，本专利技术提供的硅基吸附材料通过微波原位降解有机污染物能够有效缩短处理时间，提高有机污染物的处理效率。并且，由于硅基吸附材料具有良好的再生性能，可以有效提高工业生产应用中的使用次数，降低成本。本专利技术第三方面，提供第一方面所述硅基吸附材料在制备去污产品中的应用。以上一个或多个技术方案的有益效果是：1.本专利技术提供的原位降解有机污染物方法较为简单、设备成本低、降解效率高、催化氧化时间短、可靠性高，可在常压下进行。2.本专利技术充分利用微波整体、高效加热吸波介质的特性，突破传统加热方式效率低的限制，实现吸附剂的快速再生，并基于微波能够选择性作用强吸波介质塑造高温热点，实现吸附剂的再生与有机物降解的协同。与传统的吸附剂再生技术相比，实现了吸附剂再生和有机物降解消除的协同。3.基于微波快速加热吸波介质的特性实现吸附剂的快速再生，利用微波诱导高温热点效应的机制，实现VOCs脱附过程原位降解。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所述硅基吸附材料Co3O4/USY的XRD图。图2为实施例1所述硅基吸附材料Co3O4/USY的扫描电镜图片。图3为实施例1所述硅基吸附材料Co3O4/USY对甲苯的吸附曲线。图4为实施例1所述硅基吸附材料Co3O4/USY对甲苯的催化降解效果曲线。图5为实施例1所述硅基吸附材料Co3O4/USY在干湿状态下催化甲苯的降解效果曲线。图6为实施例1所述硅基吸附材料Co3O4/USY在微波作用下的升温特性。图7为实施例1所述硅基吸附材料Co3O4/USY在微波作用下的催化甲苯的降解效果曲线。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
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【技术保护点】
1.一种快速再生的硅基吸附材料，其特征在于，所述硅基吸附材料以多孔硅材料为载体，表面负载具有吸波特性的金属氧化物；/n所述多孔硅材料分子筛，包括但不限于USY、NaY、13X分子筛中的一种或混合物；/n所述金属氧化物为包括但不限于CuO、MnO、Mn

【技术特征摘要】
1.一种快速再生的硅基吸附材料，其特征在于，所述硅基吸附材料以多孔硅材料为载体，表面负载具有吸波特性的金属氧化物；
所述多孔硅材料分子筛，包括但不限于USY、NaY、13X分子筛中的一种或混合物；
所述金属氧化物为包括但不限于CuO、MnO、Mn3O4、Co3O4、NiO、CeO2中的一种或几种。


2.如权利要求1所述快速再生的硅基吸附材料，其特征在于，所述金属氧化物均匀附着于多孔硅材料表面；所述金属氧化物负载量为1mmol～0.05mol/g硅基吸附材料；
优选的，所述金属氧化物部分或全部通过物理吸附作用结合于分子筛材料表面；
优选的，所述金属氧化物部分或全部通过化学键结合于分子筛表面。


3.如权利要求1所述快速再生的硅基吸附材料，其特征在于，所述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，所述固体样品经煅烧后得到所述硅基吸附材料。


4.如权利要求3所述快速再生的硅基吸附材料，其特征在于，所述金属氧化物合成原料混均后加入分子筛进行一步混合得到均匀混合溶液；
或所述水热合成得到的固体样品还包括洗涤步骤；
或所述硅基吸附材料还包括采用贵金属进行表面修饰的步骤，所述贵金属修饰为包括但不限于铂修饰、钯修饰、铷修饰中的一种或几种。


5.一种微波原位催化降解有机污染物的方法，其特征在于，所述方法包括采用权利要求1-...

【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