一种低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料、其制备方法和应用，通过在30~180℃吸附温度下使用铁氧体@多孔吸附树脂材料将VOCs氧化降解，其反应系统包括通过管道连接的第一气体入口、流化吸附

【技术实现步骤摘要】
一种低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料、其制备方法和应用，属于气体污染物控制领域。

技术介绍

[0002]挥发性有机物，常用VOCs表示，主要包括醛类、醇类、苯系物、酯类、醚类、酮类等一系列有机化合物，广泛产生于燃料燃烧、石油化工、电子、汽车设备制造、印刷业等领域。随着我国人民日益增长的美好生活需要，工业废气中VOCs的处理越来越受到社会的广泛重视。开展工业过程中排放的VOCs净化对于中国打赢蓝天保卫战具有重要意义。
[0003]将催化剂负载在多孔吸附剂上，即将吸附浓缩与催化燃烧进行耦合，由两步法变为一步法可解决小企业中小风量低浓度VOCs处理不到位的问题，使得VOCs可以实现边吸附边催化，将两步法变为一步法，也使得环保部门监管起来更加方便可行。为使吸附剂的吸附温度和催化剂的催化温度能够很好的吻合，开发一种较低温度下的VOCs催化剂势在必行。本专利技术预期公开一种低温下适用于中小风量低浓度VOCs的催化剂，降低最佳催化温度，减少外部能量的供给，降低能耗，破解面大量广的中小企业VOCs治理难题，为我国VOCs治理提供技术支撑，可有效降低臭氧污染。
[0004]中国专利技术专利(公开号为CN 106268308 A)申请文件中公开了一种去除工业废气中VOC的净化系统，它通过利用金属光触媒盐化效应，在特定波长蓝光的照射下完成废气污染物的卤化处理。中国专利技术专利(公开号为CN 106621744 A)申请文件中公开了一种VOCs废气处理方法，该方法利用过氧化氢蒸汽和水蒸气流过具有高能量的电子装置中，使得过氧化氢蒸汽和水蒸气电离分解产生自由基，从而氧化烟气中的VOCs。该方法具有氧化效率高，有机物降解速度快的优点，但高能电子需要电子照射管产生，投资运行成本较高，不能同时产生吸附催化的效果。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中工业废气中的VOCs脱除效率低的缺陷，本专利技术提出一种低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的吸附
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催化双功能材料、其制备方法和应用，并提供两种通过该方法净化工业废气中VOCs的方具体方案。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料，其包括，通过铁氧体和/或过渡金属掺杂物负载于多孔吸附树脂上形成；所述过渡金属盐包括Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zr、Mo、Cu、Ru中的一种或几种。
[0007]作为本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料的制备方法，其包括以下步骤，(1)将铁矿石或飞灰磁珠与离子交换大孔吸附树脂混合，加酸，铁矿石或飞灰磁珠中的铁离子和亚铁离子溶解后吸附在离子交换大孔吸附树脂孔道；(2)再加碱，进行共沉淀反应；(3)分离出反应后的离子交换大孔吸附
树脂，清洗、干燥后煅烧即可。步骤2中，加碱时同时加入过渡金属盐，搅拌后静置，进行原位沉积法掺杂改性反应；其中，所述酸选自盐酸、硝酸，所述碱选自氨水、氢氧化钠；所述干燥，其为进行共沉淀反应时在80～250℃氮气/空气环境下干燥，进行原位沉积法掺杂改性反应时进行真空干燥。
[0008]作为本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料的应用，其特征在于：在30～180℃吸附温度下使用铁氧体@多孔吸附树脂材料将VOCs氧化降解。
[0009]优选的，在30℃
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180℃条件下，向挥发性有机物中加入铁氧体@多孔吸附树脂材料和H2O2将VOCs高效吸附并协同催化氧化降解；其中，所述含有挥发性有机物废气的浓度为100
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500mg/m3，流量为2000
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50000m3/h；所述H2O2溶液流量与所述含有挥发性有机物废气流量比值为1:50～1:10000，所述H2O2溶液浓度为0.05mol/L～10mol/L，所述铁氧体@多孔吸附树脂材料与所述含有挥发性有机物废气空速为103～106/h。
[0010]优选的，所述氧化降解，其反应系统包括通过管道连接的第一气体入口、流化吸附
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催化床、真空泵、旋风分离器、第一气体出口，第一气体入口与流化吸附
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催化床的进气口连接，流化吸附
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催化床的出气口与旋风分离器的进气口连接，旋风分离器的出气口与第一气体出口连通，真空泵的抽气口与流化吸附
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催化床的内部连通；其中，旋风分离器内部还设置离心结构、加热干燥网和喷淋结构，离心结构设置在喷淋结构的上方，喷淋结构设置在加热干燥网的上方，所述喷淋结构用于喷射氧化试剂。
[0011]优选的，所述流化吸附
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催化床包括通过转换机构连接的第一级吸附
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催化固定床反应器和第二级吸附
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催化固定床反应器。
[0012]优选的，所述挥发性有机物通过所述第一气体入口进入所述流化吸附
‑
催化床，在真空泵的作用下所述流化吸附
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催化床内所述挥发性有机物与所述铁氧体@多孔吸附树脂材料充分接触形成混合物，混合物进入旋风分离器内部，通过离心结构将清洁的气体和吸附了挥发性有机物的铁氧体@多孔吸附树脂材料，喷淋结构对吸附了挥发性有机物的铁氧体@多孔吸附树脂材料喷射氧化剂将附着的挥发性有机物氧化降解，铁氧体@吸附树脂材料已完全将吸附的VOCs脱附，加热干燥网对铁氧体@吸附树脂材料进行干燥、再生。
[0013]优选的，真空泵将流化吸附
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催化床和旋风分离器连通。
[0014]优选的，第一气体入口和第一气体出口分别连接引风机和除尘袋。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016](1)铁氧体@吸附树脂材料中的金属氧化物有效成分可通过价态调整和掺杂改性技术改良：通过调控煅烧气氛，过渡元素掺杂，降低离子传输路径，制备出复合价态及含有氧空位的高密度氧化还原电位的金属氧化物活性位点，改性后增强了材料结构的稳定性。
[0017]过渡金属掺杂后复合价态可以通过材料的X射线能谱表征来体现，即材料表面同时含有多种金属元素的多种价态，如Fe2+/Fe3+、Mn2+/Mn3+、Cu2+/Cu+氧化还原配对，种类的增多，活性位密度也提高，在参与反应时离子传输更快；例如，铁掺杂样品测试存在二价和三价Fe元素，Fe
2+
和Fe
3+
的相对含量分别为60.5％和39.5％，多次循环使用后的催化剂材料中Fe
2+
和Fe
3+
的相对含量为49.23％和50.77％。铜掺杂样品使用前的催化剂样品中Cu
+
与Cu
2+
的相对含量为45.71％和54.29％，多次循环使用后催化剂样品中的Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料，其特征在于：通过铁氧体和/或过渡金属掺杂物负载于多孔吸附树脂上形成；所述过渡金属盐包括Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zr、Mo、Cu、Ru中的一种或几种。2.权利要求1所述的低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料的制备方法，其特征在于：（1）将铁矿石或飞灰磁珠与离子交换大孔吸附树脂混合，加酸，铁矿石或飞灰磁珠中的铁离子和亚铁离子溶解后吸附在离子交换大孔吸附树脂孔道；（2）再加碱，进行共沉淀反应；（3）分离出反应后的离子交换大孔吸附树脂，清洗、干燥后煅烧即可；步骤2中，加碱时同时加入过渡金属盐，搅拌后静置，进行原位沉积法掺杂改性反应；其中，所述酸选自盐酸、硝酸，所述碱选自氨水、氢氧化钠；所述干燥，其为进行共沉淀反应时在80~250℃氮气/空气环境下干燥，进行原位沉积法掺杂改性反应时进行真空干燥。3.权利要求1所述的低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料的应用，其特征在于：在30~180℃吸附温度下使用铁氧体@多孔吸附树脂材料将VOCs高效吸附并协同催化氧化降解。4.如权利要求3所述的低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料的应用，其特征在于：在30℃
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180℃条件下，向含有挥发性有机物废气中加入铁氧体@多孔吸附树脂材料和喷射氧化试剂H2O2溶液气雾将VOCs吸附并氧化降解；其中，所述含有挥发性有机物废气的浓度为100
‑
500mg/m3，流量为2000
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50000m3/h；所述氧化试剂H2O2溶液流量与所述含有挥发性有机物废气流量比值为1:50~1:100000，所述H2O2溶液浓度为0.05mol/L~10mol/L，所述铁氧体@多孔吸附树脂材料与所述含有挥发性有机物废气空速为103~106/h。5.如权利要求3所述的低温条件下可循环一体化同时吸附催化脱除VOCs的双功能材料的应用，其特征在于：所述氧化降解，其反应系统包括通过管道连接的第一气体入口（1）、流化吸附
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催化床（2）、真空泵（3）、旋风分离器（4）、第一气体出口（5），第一气体入口（1）与流化吸附
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催化床（2）的进气口连接，流化吸附
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催化床（2）的出气口与旋风分离器（4）的进气口连接，旋风分离器（4）的出气口与第一气体出口（5）连通，真空泵（...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长松，杜朝辉，阮玮，周梦长，杨宏旻，吴昊，张振，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：