一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于含氯挥发性有机化合物催化燃烧消除的方法。该方法以耐高温的六铝酸盐和烧绿石材料为燃烧催化剂，在500

【技术实现步骤摘要】
一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法


[0001]本专利技术属于催化燃烧环境保护
，特别涉及一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机污染物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）的排放是细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）形成的重要根源。VOCs的排放不但对环境造成严重污染，还会对人体健康造成直接或间接的危害。含氯挥发性有机物（Chlorinated Volatile Organic Compounds，简称CVOCs），是工业排放中一类常见有机污染物，在多种工业过程中有排放，如氯基氧化剂的木纸浆的漂白、氯乙烯制备程、制革、洗涤、制药等行业。含氯挥发性有机物不仅能够对人类的健康造成严重的危害，对生物系统也会产生持久的、累积性的影响。目前，VOCs的控制治理技术主要包括吸附、吸收、催化、生物处理、热力燃烧、等离子体、膜分离和冷凝等，其中催化氧化技术具有净化效率高、反应过程与产物易于控制等优点，是目前公认的彻底消除VOCs的有效手段之一。
[0003]含氯挥发性有机污染物去除难度大，目前对于含杂氯挥发性有机污染物催化氧化反应的研究，主要集中在CVOCs的低温催化剂的研究与开发，例如申请号为201010205388.0的专利。常用的催化剂主要包括贵金属催化剂、分子筛催化剂和金属氧化物催化剂。贵金属催化剂通常存在诸如价格高昂、活性位易烧结和流失、易氯中毒而失活等问题。分子筛催化剂的催化活性主要来源于表面的B酸位，然而反应过程中该活性位易发生烧结、积碳和中毒等问题而导致催化剂活性的降低。金属氧化物催化剂对CVOCs低温催化氧化，存在选择性较低，易产生有机含氯副产物的问题，也同样存在积碳与失活的问题。尽管失活后的催化剂，能够在空气气氛中通过提高床层温度，实现催化活性的再生（Catalysis Communications, 2014, 54: 114
‑
117），但是再生操作中断了催化反应过程，影响了污染气体的连续净化，不利于工程应用，同时多数催化剂不能够耐受较高的再生或反应温度。上述含CVOCs催化氧化消除所使用的催化剂自身均存在一些不足之处，如有多氯副产物产生、易造成二次污染、催化剂易失活、催化剂寿命短等。因此，有必要开发一种有效的催化反应转化技术及相应的催化剂，在保持较高的反应活性、提高CVOCs的矿化率、减少多氯副产物的产生的同时，提高催化剂的稳定性和使用寿命。
[0004]通常工业应用中的催化过程可以通过与蓄热结合，从而使高温反应所需能耗能够得到有效控制。相较于高温催化氧化过程，CVOCs的低温催化氧化具有较低的催化反应温度，能够直观上降低能耗并使反应条件更容易满足；然而在较低的反应温度下，随着催化剂活性的降低，会产生较多的含氯有机副产物。适用于较高的催化燃烧反应温度的催化剂，在相对较高的反应温度下，能够有效降低含氯有机副产物的产生，并在一定程度上减少二噁英的产生。总之，CVOCs的催化氧化去除是一个难度较大的过程，能够实现CVOCs降解过程连续、稳定、彻底、有效的进行，是CVOCs废气净化技术能够得到应用的重要前提。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种对CVOCs具有高矿化效率、并能够有效抑制
含氯有机副产物产生的CVOCs高温催化燃烧消除方法，此方法利用耐高温的催化材料在相对较高的反应温度下(500
‑
1000℃)实现CVOCs污染物的完全矿化，在保持对CVOCs高催化活性和矿化率的同时，主要解决了传统的贵金属、分子筛等催化体系低温催化氧化工程中，易氯中毒和易积碳而失活、含氯副产物多的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术利用耐高温催化剂，在较高的反应温度（500
‑
1000℃）下，实现催化反应所需的温度条件与催化剂再生所需要的温度条件重合，从而在反应的同时实现催化剂的再生，有效抑制催化剂的失活，提高CVOCs降解过程的稳定性与连续性。本专利技术利用具有高活性、抗中毒、耐高温和抗热冲击等性能的催化剂，在保持适宜的高反应温度的同时，避免温度过高导致的热力学NOx的产生。本专利技术所采用的高温催化氧化CVOCs的方法，能够有效克服低温催化反应的缺点，有利于CVOCs的彻底矿化，适用于完全催化燃烧消除含卤素有机化合物，能够在一定程度上避免二噁英等含氯有机副产物的产生。
[0007]本专利技术的目的在于公开一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法。该方法以耐高温的六铝酸盐和烧绿石型复合氧化物为燃烧催化剂，采用空气作为氧化剂，在较高的反应温度（为500
‑
1000℃）下，常压下，可长时间稳定地将废气中的含氯挥发性有机物转化成为二氧化碳、水、氯化氢和氯气，催化剂的活性不降低，完全燃烧的尾气可以通过碱液吸收（去除氯化氢、氯气等酸性气体）后排空。该方法具有净化效率高、无有机副产物生成、不造成二次污染、抗氯中毒能力强、催化剂抗热冲击能力强、催化剂寿命长等优点，特别适用于含卤素有机化合物，尤其是挥发性含氯烃类污染物的完全催化燃烧消除。
[0008]在上述方法中，作为更具体的实施方式，所述六铝酸盐型复合氧化物催化剂的组成为LaMn1‑4Al8‑
11
O
19
和LaFe0‑2Al9‑
12
O
19
，所述烧绿石型复合氧化物催化剂的组成为La2Mn 0.1
‑
0.4
Sn
1.6
‑
1.9
O7。
[0009]在上述方法中，作为进一步的具体实施方式，所述LaMn1‑4Al8‑
11
O
19
和LaFe0‑2Al9‑
12
O
19
催化剂的具体制备方法为：在50
‑
70℃条件下，将混合金属 (La、Fe、Al、Mn)硝酸盐溶液倒入饱和碳酸铵溶液中，其中La: Mn: Al和La: Fe: Al的摩尔比分别为1:1
‑
4:8
‑
11和1:0
‑
2:9
‑
12，维持pH为6.5
‑
9.5。搅拌老化2
‑
5小时后离心，并在100
‑
140℃干燥10
‑
15小时。将干燥之后的样品研磨后，置于刚玉坩埚中，以5℃/min升温到400
‑
600℃，维持3
‑
6小时，随后从400
‑
600℃以2℃/min升温到1000
‑
1300℃维持5
‑
8小时，得到该催化剂。所述La2Mn
0.1
‑
0.4
Sn
1.6
‑
1.9
O7催化剂的具体制备方法为：按目标产物的化学计量比配制金属(La、Sn、Mn)硝酸盐混合液和NaOH（0.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法，该方法利用耐高温的六铝酸盐或烧绿石型复合氧化物为燃烧催化剂，在较高温度范围内（500
‑
1000℃），利用废气中的氧气为氧化剂，稳定且连续地将废气中含氯挥发性有机化合物在催化剂的作用下完全降解，转化成为二氧化碳、氯化氢和氯气，有效避免多氯有机副产物的产生，长时间反应催化剂的活性不降低，完全燃烧尾气可以采用碱溶液吸收后放空。2.根据权利要求1所述的一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法，其特征在于，所述反应温度为500
‑
1000℃，压力为常压。3.根据权利要求1所述的一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法，其特征在于：本发明利用耐高温催化剂，在较高的反应温度（500
‑
1000℃）下，实现催化反应所需的温度条件与催化剂再生所需要的温度条件重合，从而在反应的同时实现催化剂的再生，有效抑制催化剂的失活，有效克服低温催化氧化过程中催化剂易中毒或积碳而失活的问题，提高含氯挥发性有机物降解过程的稳定性与连续性。4.根据权利要求1所述的一种用于含氯挥发性有机污染物高温催化燃烧消除的方法，其特征在于：本发明...

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