一种处理VOCs的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种用于处理VOCs的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的催化剂具有核壳结构，核层为选自13X，HZSM

【技术实现步骤摘要】
一种处理VOCs的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种低温等离子体催化剂
，尤其涉及一种用于处理VOCs的核壳结构的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和其在低温等离子体处理VOCs中的应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指具有挥发性并且能参与光化学反应的一类有机化合物。我国定义为在常温下饱和蒸气压约大于70Pa，常压下沸点低于260℃的有机化合物。VOCs要包括酯类、烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、醛类、酮类以及其他化合物。目前，我国VOCs排放量总量已超氮氧化物、二氧化硫排放量，VOCs已成为我国大气污染的主要来源。VOCs是光化学烟雾，对流层臭氧二次气溶胶的前驱体，经过复杂的物理化学反应后会导致二次污染、温室效应以及区域气候变化等，并且挥发性有机化合物具有毒性，致癌性，危害环境的同时对人类的生命健康造成威胁。因此有效降低VOCs的排放，对于保护人类和环境都是具有重要意义的。
[0003]目前对于VOCs的处理方法主要有吸收技术、冷凝技术、生物降解技术、燃烧技术、光催化技术、等离子体技术等。在诸多VOCs治理技术中，低温等离子体(Non
‑
Thermal Plasma，NTP)技术具有以下突出的优点：(1)在常温常压下工作，操作简单；(2)该技术可以同时去除多组分的VOCs；(3)该技术能够快速降解VOCs。但是，单纯的低温等离子体技术只适用于中低浓度VOCs的脱除，同时该技术需要较高的电压，耗能高、选择性低，部分VOCs在降解过程中会生产成有毒的中间产物，等离子放电过程还会产生NOx，臭氧等副产物。为了克服这些不足，将低温等离子体与催化氧化技术耦合，即在等离子体的放电区域装填催化剂，在等离子体与催化剂协同作用下，可以有效利用等离子体降解过程产生的高能量物质和中间产物，显著提高对VOCs有机污染物的催化效率和选择性。
[0004]根据催化剂是否处于反应器的电场内，可将低温等离子消除技术分为一段式(In Plasma Catalysis，IPC)，中间式(Middle Plasma Catalysis，MPC)，二段式(段式(Post Plasma Catalysis，PPC)。一段式是将催化剂填满放电区域，等离子体与催化剂相互影响产生协同作用；中间式是将催化剂置于刚好处电场区域的范围外，利用等离子体区域内产生的短寿命活性物质与未反应VOCs反应；二段式是将催化剂置于电场区域的范围外，利用等离子体内产生长寿命活性物质与未反应的VOCs反应；三种类型的等离子体催化剂因所处位置不同，催化机理存在差异，因而催化剂也存在显著不同。
[0005]一段式等离子体协同催化剂反应体系最为复杂，但一段式具有效率高，结构简单，可充分利用活性物质的优点。目前等离子体协同催化剂一般由多孔吸附材料和其负载的活性组分组成。多孔吸附材料主要包括活性炭、分子筛、氧化铝等，他们拥有较大的吸附容量和比表面积。活性组分可分为贵金属催化剂和过渡金属催化剂，其中贵金属催化剂主要以Pt、Au、Pd等为主，过渡金属催化剂以Cu、Mn、Cr、La、Ce、Zr等为主。
[0006]CN201611199989公开了一种双金属整体式等离子体催化剂，采用过量浸渍法制备
催化剂，活性组分选自Mn、Ce、La，氧化铝为催化剂载体，最后将催化剂浆料负载在堇青石蜂窝陶瓷载体上，所得整体式双金属等离子体催化剂造常温常压下对甲苯等VOCs具有较好的去除效果。
[0007]CN202110565806公开了一种协同放电等离子体催化降解工业废气的Mn
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Co
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La复合催化剂，通过溶胶
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凝胶法制备催化剂，所述复合催化剂包括活性组分和干凝胶载体，其中活性组分为Mn、Co和La，其尺寸为4
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8nm；所述活性组分均匀有序的分布在干凝胶载体内。该催化剂在放电等离子体协同作用下，对乙酸乙酯有着较好的去除效果，在浓度为250
‑
300ppm条件下，降解率可达90％以上。
[0008]CN202110562798公开了一种适用于低温等离子体的高疏水TiO2@ZIF
‑
8催化剂，利用水热法制备该催化剂，基于超分子自组装方法，以六水合硝酸锌为Zn
2+
来源，二甲基咪唑为有机配体。在ZIF
‑
8超分子自组装合成过程中引入不同量的超小TiO2金属纳米颗粒使得TiO2在ZIF
‑
8内部实现单分散，提高催化剂在等离子体催化体系内的电子利用率、O3分解效率和
·
O生成量，并提高催化剂对高湿度环境的耐受性。
[0009]CN202011290495公开了一种低温等离子体分解VOCs的分子筛吸附
‑
催化剂、制备方法及应用，该专利技术先制得金属改性的M
‑
ZSM
‑
5分子筛，然后采用二次晶化的方法在M
‑
ZSM
‑
5分子筛外表面生长一层疏水的纯硅silicalite
‑
1壳层，赋予其优异的疏水性，从而实现在相对湿度较高氛围下选择性吸附VOCs的目的。
[0010]目前，已经公开的低温等离子体协同催化剂普遍存在稳定性差的问题，特别是营造等离子体环境需要较高的击穿电压，催化剂容易出现失活，因此，开发一种制备工艺简便、催化活性和稳定性较好能够有效的在低温等离子体体系下对于VOCs进行治理的催化剂对于VOCs的去除具有极高的价值。

技术实现思路

[0011]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于处理VOCs的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和应用
。
本专利技术提供的催化剂具有核壳结构，壳层为片状纳米材料自组装形成的3D结构，在低温等离子体体系中催化活性及稳定性均优于现有技术。
[0012]本专利技术第一方面提供了一种低温等离子体协同催化剂，其特征在于，催化剂具有核壳结构，所述核层为选自13X，HZSM
‑
5，Hβ、3A中的一种或多种的分子筛，所述壳层为过渡金属硅酸盐化合物和第二活性金属；其中，所述过渡金属选自Ni、Co中的一种，所述第二活性金属为Fe、Cu中的一种；所述分子筛与过渡金属和第二金属的总量以氧化物计质量比为1～8∶1；所述过渡金属与第二活性金属的摩尔比为0.1～5∶1。
[0013]进一步的，所述过渡金属硅酸盐为片层结构，具有介孔结构，同时形成3D花状结构。
[0014]进一步的，所述分子筛优选HZSM
‑
5。
[0015]进一步的，所述过渡金属硅酸盐为Ni
x
Si2O5(OH)4、Co
x
Si2O5(OH)4、Co2Si等。
[0016]进一步的，所述第二活性金属优选Fe。
[0017]进一步的，所述分子筛与过渡金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温等离子体协同催化剂，其特征在于，催化剂具有核壳结构，所述核层为选自13X，HZSM
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5，Hβ、3A中的一种或多种的分子筛，所述壳层为过渡金属硅酸盐化合物和第二活性金属；其中，所述过渡金属选自Ni、Co中的一种，所述第二活性金属为Fe、Cu中的一种；所述分子筛与过渡金属和第二金属的总量以氧化物计质量比为1～8∶1；所述过渡金属与第二活性金属的摩尔比为0.1～5∶1。2.根据权利要求1所述的低温等离子体协同催化剂，其特征在于，所述过渡金属硅酸盐为片层结构，具有介孔结构，同时形成3D花状结构。3.根据权利要求1所述的低温等离子体协同催化剂，其特征在于，所述分子筛优选HZSM
‑
5，所述过渡金属硅酸盐为NixSi2O5(OH)4、CoxSi2O5(OH)4、Co2Si中的一种，所述第二活性金属优选Fe。4.根据权利要求1所述的低温等离子体协同催化剂，其特征在于，所述分子筛与过渡金属和第二金属的总量以氧化物计质量比优选1～3∶1，所述过渡金属与第二活性金属的摩尔比优选为0.5～2∶1。5.一种如权要求1
‑
4任一项所述的低温等离子体协同催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：(1)将过渡金属的可溶性前驱体盐和第二活性金属的可溶性前驱体盐溶于去离子水中，搅拌均匀，得到混合前驱体盐溶液；(2)向步骤(1)所得的混合溶液中加入弱碱、分子筛和络合盐后搅拌均匀，将混合溶液转移至反应器中，在130℃～200℃下水热8h～24h，反应结束后冷却至室温；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑进保，姜月，陈秉辉，叶松寿，张诺伟，谢建榕，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：