一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法技术

本发明专利技术属于废气处理技术领域，公开了一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法。所述处理方法包括如下处理步骤：将VOCs气体导入离子液体吸收液中进行吸收处理，得到吸收富液；以所得吸收富液作为电解液，以多孔碳气凝胶作为自支撑阳极，纳米碳管作为阴极材料，进行电催化反应，降解吸收富液中的VOCs气体。本发明专利技术处理方法采用离子液体吸收VOCs中的甲苯等主要成分，并进一步确定了合适的电极、催化体系及工艺条件，以实现对上述吸收体系中甲苯等主要成分的高效催化转化，同时吸收液可实现再生重复利用。具有处理效果好、处理工艺简单和处理成本低的优势。和处理成本低的优势。和处理成本低的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法


[0001]本专利技术属于废气处理
，具体涉及一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机化合物(VOCs)主要是指沸点为50～260℃，饱和蒸汽压>133.32Pa以蒸汽形式存在于空气中的有机化合物。随着工业化进程的加快，大量排放的VOCs不仅威胁人民生命健康、污染生态环境，而且损害国民经济的健康发展。因此VOCs的治理刻不容缓。当前VOCs的处理技术包括吸收、吸附、催化燃烧和光催化等，其中，吸收是一种高效、经济的去除技术。
[0003]对于中低浓度，大气量的典型VOCs气体中的苯系物，离子液体具有高捕集效率，循环利用次数多，再生效果好等优势。不仅降低了对环境的污染，而且提高了经济效益。其中，咪唑基离子液体因其在理论计算研究中被证明对苯系物VOCs气体具有较好的吸收性能而获得相当大的关注。如专利CN114950075A公布了一种用于治理苯系物VOCs废气的离子液体剂和吸收工艺，通过制备1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑壬酸盐对VOCs中的苯系物进行捕集，证明了该离子液体具有良好的热稳定性，且对甲苯有着高效的捕集能力。专利CN110314495B公布了一种新型VOCs吸收剂，其中各成分按重量份计：包括生物柴油50
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80份，非离子表面活性剂8
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30份，助表面活性剂4
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15份，莰烯0.5
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5份、1<br/>‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐4
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12份、1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐3
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8份与适量水。通过对液体吸收法的吸收剂进行改良，得到一种稳定高效且吸收后能够直接作为燃料进行燃烧使用的生物柴油微乳液吸收剂。上述现有技术虽然能够对VOCs气体中的苯系物实现良好的捕集吸收，但缺乏对吸收后的苯系物进一步处理的技术，或需要制备复杂的微乳液吸收剂进行吸收后直接燃烧处理，成本较高。
[0004]专利CN112791562B公布了一种离子液体吸收协同异相光芬顿处理VOC的系统，采用包括水、离子液体、硫酸的混合溶液作为吸收剂，利用离子液体能有效降低表面界面张力，对VOC具有较强的增溶作用，使得异相光芬顿催化剂表面区域VOC的浓度得以增加，延长了VOC分子在催化剂表面的停留时间，确保将VOC充分降解为水、二氧化碳等简单的无机物质。该方法虽然能够彻底降解VOCs，但芬顿氧化处理工艺控制难度较大，且成本较高。
[0005]甲苯作为典型的苯系物VOCs气体之一，越来越受到人们的关注。在甲苯的各种控制技术中(包括光催化、热分解、等离子体、生物降解、催化氧化等)中，催化氧化因其反应温度低、转化率高、能耗低而被认为是最经济、最环保的控制技术之一。如专利CN112007482A公布了一种新型电解VOCs的技术，包括：VOCs吸收过程工艺段，VOCs电解过程工艺段以及吸收液循环过程工艺段，采用铂基二氧化铅电极，纳米碳管电极为阴极，可高效处理VOCs。专利CN110013760A公布了一种电催化氧化治理VOCs的方法：通过喷淋塔、水淋柜、填料塔等气液相反应器中加入水、有机液体等液相去吸收VOCs，然后再用电催化法将液相中吸收的VOCs矿化为二氧化碳和水，使其无害化，达到治理的目的。专利CN113144885A公布了一种电催化氧化治理低浓度VOCs及除臭的方法，具体为：往水中加入电解质，配置一定浓度的离子
电解液；按照一定的方向以雾状形式喷淋出来；将VOCs气体按照一定的流量反向进入特制喷淋塔，让VOCs气体与电解液充分接触，VOCs喷出方向与喷洒出的离子液方向相反，VOCs气体与离子液接触的混合液槽内通入直流电压，得到治理低浓度VOCs及除臭的方法。上述电催化氧化的方法虽然能够氧化去除吸收的VOCs气体，但普遍采用水、碱溶液、盐溶液、有机溶剂作为吸收剂，其对VOCs气体中的苯系物吸收能力及效率有限。且需针对不同的吸收剂电解液设置合适的电极材料、催化剂及电解条件。
[0006]可以看出，目前对离子液体吸收苯系物VOCs、甲苯电催化氧化(主要针对水、碱溶液、盐溶液、有机溶剂体系)进行了大量研究。而对于离子液体吸收VOCs后的电催化氧化条件的研究相对较少。如何进一步将两种工艺耦合，开发节能减排、高效清洁、低成本的苯系物VOCs双解处理方法具有重要意义，且有待进一步研究。

技术实现思路

[0007]针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法。本专利技术处理方法采用离子液体吸收VOCs中的甲苯等主要成分，并进一步确定了合适的电极、催化体系及工艺条件，以实现对上述吸收体系中甲苯等主要成分的高效催化转化，同时吸收液可实现再生重复利用。具有处理效果好、处理工艺简单和处理成本低的优势。
[0008]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法，包括如下处理步骤：
[0010](1)将VOCs气体导入离子液体吸收液中进行吸收处理，得到吸收富液；
[0011](2)以步骤(1)所得吸收富液作为电解液，以多孔碳气凝胶作为自支撑阳极，纳米碳管作为阴极材料，进行电催化反应，降解吸收富液中的VOCs气体。
[0012]进一步地，步骤(1)中所述VOCs气体的导入流量为50～200mL/min。
[0013]进一步地，步骤(1)中所述VOCs气体的甲苯含量为100～400ppm。
[0014]进一步地，步骤(1)中所述离子液体优选为咪唑类离子液体，如1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF6])、1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑三氟甲磺酸盐([Bmim][OTf])、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑磷酸盐([Bmim][PO4])等；更优选为[Bmim][PF6]。
[0015]进一步地，步骤(1)中所述离子液体的加入量与VOCs气体中所含甲苯的质量比为6～15:1。
[0016]进一步地，步骤(1)中所述吸收处理的温度为20～80℃。
[0017]进一步地，步骤(2)中所述自支撑阳极为块状多孔碳气凝胶催化剂，其通过如下方法制备得到：
[0018]将氧化石墨烯、水和沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF
‑
8)超声搅拌混合均匀，得到混合物凝胶；将混合物凝胶经液氮预冷冻和冷冻干燥，得到气凝胶；再将气凝胶在惰性气氛下进行碳化处理，得到块状多孔碳气凝胶催化剂。
[0019]优选地，所述氧化石墨烯、水和ZIF
‑
8混合的质量比为1～10:1000:1～10；所述冷冻干燥的温度为
‑
60～
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法，其特征在于，包括如下处理步骤：(1)将VOCs气体导入离子液体吸收液中进行吸收处理，得到吸收富液；(2)以步骤(1)所得吸收富液作为电解液，以多孔碳气凝胶作为自支撑阳极，纳米碳管作为阴极材料，进行电催化反应，降解吸收富液中的VOCs气体。2.根据权利要求1所述的一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述VOCs气体的导入流量50～200mL/min；VOCs气体的甲苯含量为100～400ppm。3.根据权利要求1所述的一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述离子液体为咪唑类离子液体。4.根据权利要求3所述的一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述离子液体为[Bmim][PF6]。5.根据权利要求2所述的一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述离子液体的加入量与VOCs气体中所含甲苯的质量比为6～15:1。6.根据权利要求1所述的一种基于离子液体吸收和电解的VOCs废气处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述吸收处理的温度为20～80℃。7.根据权利要求1所述的一种基于离子液体吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李怡招，李芹，田富才，曾磊，夏兵，
申请(专利权)人：新疆万方福田农业科技环保有限公司，
类型：发明
国别省市：