协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂，所述催化剂包括锰氧化物，稀土金属氧化物和载体，所述锰氧化物和稀土金属氧化物负载在载体上，其中，所述催化剂的活性组分为Mn、Co、La和Ce，以原子摩尔比计，Mn:Co:La:Ce＝1～2:1:1:1～2。该催化剂协同低温等离子体能够高效降解对二甲苯废气的同时，大幅度地减少或消除了反应过程中的臭氧以及氮氧化物等副产物的产生量。本发明专利技术还公开了一种协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂的制备方法和应用。备方法和应用。备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环保
，具体涉及协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会和经济的发展，工业化进程加快，大量的污染物(粉尘、SO2、NOx和VOCs等)被排放入大气中，空气质量严重下降，出现了一系列的灰霾、光化学烟雾等大气污染问题。挥发性有机物(VolatileOrganic Compounds，VOCs)具有很高的挥发性，使它们能够迅速蒸发，并进入地球的大气层，是生成二次气溶胶和臭氧的重要前驱体，而且由于它们的化学结构和浓度不同，会导致不同的危害效果，具有刺激性、高毒性、持久性、光化学反应性等特征，毒性尤其以芳香族挥发性有机物(如苯、甲苯、二甲苯以及氯苯等)为甚，严重危害生态安全与人体的健康；传统的处理方法(如吸附法，热催化氧化，膜分离法等)虽然在工业生产中有所应用，但是存在着能耗高、效率低，会产生二次污染等不利弊端，尤其对低浓度的VOCs处理效果并不尽如人意。
[0003]随着VOCs的排放量日益增加，为了人类社会可持续性发展，如何处理好低浓度的VOCs污染物的污染问题便显得尤为重要。传统的处理方法 (热催化氧化)所使用的催化剂需要在高温下(高于300度)才能起催化反应，而且需要外加热源，耗能高，经济性差，已经逐渐不适合解决新的矛盾，这就需要发展新的处理方法和技术来克服传统方法的缺陷。因此，有学者尝试使用低温等离子体去降解VOCs，并取得了不错的效果，证实了该思路的可行性，但单一的使用低温等离子体去降解VOCs需要较高的能耗和产生较多的副产物，效果也不很理想，需要加以合适的催化剂去弥补该缺陷。低温等离子体协同催化技术结合了低温等离子体技术和催化氧化技术的优点，具有低能耗、高能源利用率、高净化率和高选择性等特点，有望广泛应用于VOCs无害化治理领域，但是，开发低温等离子体协同催化剂至关重要。
[0004]在低温等离子体协同催化降解系统中，催化剂的开发极其重要，应用比较多的是贵金属催化剂如铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)等、过渡金属氧化物催化剂如铜(Cu)、锰(Mn)、锆(Zr)等以及光催化剂如二氧化钛等。一般来说，贵金属催化剂会比其他催化剂拥有更高的催化氧化活性，但由于其成本昂贵，以及副作用机理没能完全被理解，容易出现重金属中毒，因此极大的限制了它的应用，更难以在工业上大规模使用，而过渡金属氧化物、稀土氧化物催化剂凭借其快捷有效经济适用等优点，已代替贵金属催化剂成为研究重点。
[0005]综上可知，尽管低温等离子体协同催化技术具有能耗低、能源利用率高、选择性高和净化率高等优势，但是依然会产生O3和NO
x
等二次污染物，因此找寻一个合适的催化剂协同低温等离子体去降解VOCs，减少副产物的产生是低温等离子体协同催化技术研究的重点。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂，该催化剂协同低温等离子体能够高效降解对二甲苯废气的同时，大幅度地减少或消除了反应过程中的臭氧以及氮氧化物等副产物的产生量。
[0007]一种协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂，所述催化剂包括锰氧化物，稀土金属氧化物和载体，所述锰氧化物和稀土金属氧化物负载在载体上，其中，所述催化剂的活性组分为Mn、Co、La和Ce，以原子摩尔比计，Mn:Co:La:Ce＝1～2:1:1:1～2。
[0008]所述载体为γ
‑
Al2O3，γ
‑
Al2O3的粒径为8
‑
10nm。
[0009]在低温等离子体协同催化体系中，等离子体与催化剂活性组分以及载体之间存在增强活性粒子和电子迁移能力、以及氧化还原性能的正协同作用，这是由于锰催化剂具有不同的配位数和氧化态，可以通过掺杂Ce、 Co等其他种类的金属氧化物增加催化剂表面的氧空位和吸附氧提高锰催化剂的催化氧化活性，而且不同价态的锰氧化物可以有效破坏臭氧，大大降低副产物NOx、O3的浓度。研究表明，Mn
‑
Ce催化剂中具有更多Mn
4+
与晶格氧，Ce掺杂在混合金属氧化物上可显著提高其催化性能及氧化还原性能，原因在于掺杂Ce可促进氧空位的产生，增加其比表面积和吸附容量，这对降解污染物有很大的帮助；而Mn和Co的相互作用，比单独的MnO2或Co3O4具有更好的氧化还原效果，因而我们可以适当加大Mn 和Co的摩尔原子比，这可以在一定程度上使催化剂的降解效果更好。此外，通过添加La金属氧化物，从而提高催化剂的热稳定性和多样化晶相程度，因此，在多相金属氧化催化剂中添加La，可以促进VOCs降解。
[0010]本专利技术还提供了协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂的制备方法，包括：
[0011](1)将γ
‑
Al2O3进行干燥；
[0012](2)将硝酸锰、硝酸钴、硝酸镧，硝酸铈分别溶于去离子水中形成前驱体溶液，按照所需元素原子摩尔比Mn:Co:La:Ce＝1～2:1:1:1～2的比例配置各前驱体溶液，通过超声混合溶解后形成混合盐溶液；
[0013](3)将步骤(1)得到的γ
‑
Al2O3加入至步骤(2)得到的混合盐溶液中，搅拌均匀、静置得到凝胶状固体，所述凝胶状固体中的过渡金属锰氧化物和稀土金属氧化物的总质量占γ
‑
Al2O3的5％～10％；
[0014](4)将所述凝胶状固体干燥3
‑
4h，研磨后在马弗炉焙烧4
‑
5h得到协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂。
[0015]将干燥后的裂块状固体研磨成小颗粒放入马弗炉可增加其与空气接触面积，使得煅烧充分。
[0016]所述γ
‑
Al2O3载体与混合盐溶液的体积比为1:0.3～0.5。
[0017]所述γ
‑
Al2O3载体的粒径为8
‑
10nm。
[0018]所述γ
‑
Al2O3载体与活性组分的质量比为1:0.05～0.10。
[0019]所述静置的时间为16
‑
18h，静置温度为室温。
[0020]步骤(4)：
[0021]所述干燥条件为：温度为100
‑
120℃，时间为1.5
‑
2h。
[0022]所述焙烧条件为：温度为400
‑
500℃。
[0023]本专利技术还提供了协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂在降解对二甲苯上的
应用，包括：所述的对二甲苯浓度为30
‑
200mg/m3，空塔速度为4500
‑
5000h
‑1，放电电压为20
‑
40kV。降解率最高可达90.3％。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025](1)本专利技术通过等离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括锰氧化物，稀土金属氧化物和载体，所述锰氧化物和稀土金属氧化物均负载在载体上，其中，所述催化剂的活性组分为Mn、Co、La和Ce，以原子摩尔比计，Mn:Co:La:Ce＝1～2:1:1:1～2。2.根据权利要求1所述的协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂，其特征在于，所述载体为γ
‑
Al2O3，γ
‑
Al2O3的粒径为8
‑
10nm。3.根据权利要求1或2所述的协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂的制备方法，其特征在于，包括：(1)将γ
‑
Al2O3进行干燥；(2)将硝酸锰、硝酸钴、硝酸镧，硝酸铈分别溶于去离子水中形成前驱体溶液，按照所需元素原子摩尔比Mn:Co:La:Ce＝1～2:1:1:1～2的比例配置各前驱体溶液，通过超声混合溶解后形成混合盐溶液；(3)将步骤(1)得到的γ
‑
Al2O3加入至步骤(2)得到的混合盐溶液中，搅拌均匀、静置得到凝胶状固体；(4)将所述凝胶状固体干燥3
‑
4h，研磨后在马弗炉焙烧4
‑
5h得到协同低温等离子体催化对二甲苯的催化剂。4.根据权利要求3所述的协同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李济吾，李俊潮，李俊航，蔡伟建，唐秀娟，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：