專利名稱：清除甲苯氣體的等離子冷觸媒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種清除空氣中的甲苯氣體污染物的等離子冷觸媒技術(shù)，涉及空氣凈化等領(lǐng)域。本發(fā)明的集成系統(tǒng)在常溫、常壓和常濕的真實環(huán)境中可以高效穩(wěn)定地去除空氣的甲苯氣體，同時不會產(chǎn)生新污染物，克服了等離子體空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用瓶頸。本發(fā)明還涉及上述集成技術(shù)應(yīng)用于制備各種空氣凈化器。
背景技術(shù)：
甲苯是室(車)內(nèi)主要的空氣污染物，通常來源于室內(nèi)或者空氣裝修或裝飾材料， 如空氣使用的裝飾材料如儀表臺、車窗的朔料件、真皮座椅和海棉坐墊、人造地板蘋等處使用的粘合劑以及車體上的噴漆等都會產(chǎn)生甲苯有害物質(zhì)。因汽空氣空間狹小、密封性能好更容易造成空氣環(huán)境的污染。研究表明人在短時間內(nèi)吸入高濃度的甲苯，可出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)麻醉作用，輕者頭暈、頭痛、惡心、胸悶、乏力、意識模糊，嚴重者可致昏迷以致呼吸、循環(huán)衰竭而死亡。如果長期接觸一定濃度的甲苯還會引起慢性中毒，可出現(xiàn)頭痛、失眠、精神委靡、記憶力減退等神經(jīng)衰弱樣癥狀。因此甲苯已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為強烈致癌物質(zhì)。《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》已于2002年開始實行，甲苯的最高允許濃度限定為0.2mg/ m3。長期監(jiān)測結(jié)果顯示，對于新裝修的室內(nèi)環(huán)境而言，甲苯有機物超標率可以達到1-100倍， 室(車)內(nèi)環(huán)境中的揮發(fā)性甲苯氣體的治理迫在眉睫。改善室(車)內(nèi)空氣甲苯污染的常用的方法有開窗通風、綠色植物自然吸收、活性炭的物理化學吸附、等離子體技術(shù)、光催化技術(shù)和熱催化技術(shù)等凈化方式。其中吸附法是最常用的甲苯凈化方式。盡管吸附法具有一定的去除效率、富集功能和能耗較小等特點，從而成為治理甲苯較常用的方法。然而，無論物理吸附還是化學吸附都不能得到滿意的效果，因為當吸附和脫附達到平衡時，吸附劑就會失效或需要再生。等離子體技術(shù)對甲苯氣體有一定的凈化效率，但凈化效率受使用電壓的影響，一般要得到高的凈化效率，必須提高工作電壓，這樣就會導致新的污染物出現(xiàn)，如有機物在等離子放電時容易產(chǎn)生CO，O3和甲醛等有害的副產(chǎn)物，產(chǎn)生二次污染。這些均限制了等離子體技術(shù)的應(yīng)用。光催化雖然具有很強的廣譜性，其缺點是效率較低，并且往往導致甲苯分解不完全甚至產(chǎn)生對人體更加有害的副產(chǎn)物，同時也有臭氧產(chǎn)生。催化技術(shù)具有很多的優(yōu)勢是處理廢氣效率高、處理量大、處理完全、沒有二次污染以及不存在吸附飽和等問題，特別對低濃度污染物的處理非常有效。但是，催化技術(shù)在室溫下對甲苯的去除率很低或者是沒有效率。由上述可知，等離子體和氧化催化技術(shù)等單一技術(shù)均有其優(yōu)點，也有它的固有無法克服的弊端。所以將兩種技術(shù)有機結(jié)合將導致較高的凈化效率。本發(fā)明是等離子體和催化技術(shù)的優(yōu)勢疊加、劣勢互補的高效去除甲苯氣體的高新集成技術(shù)，實現(xiàn)了在常濕常溫條件下去除室(車)內(nèi)空氣甲苯氣體的目的。本發(fā)明的目的是提供低溫等離子催化去除空氣甲苯氣體集成技術(shù)以及制備方法和應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的1 提供一種低溫等離子催化去除空氣甲苯的集成技術(shù)。本發(fā)明的目的2 提供制備一種低溫等離子催化去除空氣甲苯集成技術(shù)的制備方法。本發(fā)明的目的3 涉及上述集成技術(shù)應(yīng)用于制備各種環(huán)保、空氣污染物治理和醫(yī)療以及涂料、塑料、橡膠和織物等于甲苯相關(guān)行業(yè)甲苯氣體的治理。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)本發(fā)明的目的是提供一種等離子體和催化集成技術(shù)。此集成技術(shù)實現(xiàn)了室溫高效地去除室(車)內(nèi)的甲苯氣體，沒有二次污染的目的，具體的技術(shù)方案如下1.甲苯的等離子聚合成固體顆粒物甲苯在等離子體的作用下發(fā)生等離子聚合(plasma polymerization)和等離子引發(fā)聚合(plasma-initiated polymerization)反應(yīng)而，得到較大的固體聚合顆粒物。2.固體顆粒物荷電去除固體聚合顆粒物在等離子的作用下荷電，然后在靜電區(qū)收集，從而達到去除空氣的甲苯氣體的目的。3.甲苯的分解反應(yīng)在等離子體作用下，高能電子與甲苯作用后發(fā)生一系列的反應(yīng)被降解為二氧化碳 (CO2)和水(H2O),同時部分甲苯轉(zhuǎn)化為一氧化碳(CO)和甲醛(HCHO)等小分子，并且有臭
氧產(chǎn)生。4.小分子的催化去除催化劑在室溫下高效地分解由等離子體放電時產(chǎn)生的臭氧成氧氣，催化劑氧化由高能電子與甲苯作用生成的一氧化碳和甲醛等小分子成無毒害的二氧化碳(CO2)和水 (H2O),不會產(chǎn)生二次污染。本發(fā)明技術(shù)效果本發(fā)明的技術(shù)效果是一種室溫可以徹底去除空氣的甲苯集成技術(shù)，特征在室溫常濕條件下將空氣濃度為0. 010 200mg/m3的甲苯氣體全部去除，沒有有毒的副產(chǎn)物臭氧產(chǎn)生，適用于各種封閉或半封閉體系(如室內(nèi)或空氣)空氣甲苯氣體的消除。本發(fā)明的優(yōu)點1.本發(fā)明甲苯在低溫等離子體發(fā)生聚合成固體顆粒物，然后在者靜電區(qū)荷電后通過靜電收集，因此不會造成環(huán)境顆粒物污染。2.本發(fā)明催化劑具有多功能性，在室溫下能將臭氧、一氧化碳和甲醛等有害物，氧化為無害的氧氣、二氧化碳和水，克服了等離子體在室內(nèi)或空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用瓶頸。
具體實施例方式實施例一本發(fā)明的集成系統(tǒng)凈化裝置包括三個主要的部分，即低溫等離子體、靜電除塵器和催化劑。低溫等離子體采用多層同心圓筒式反應(yīng)器的設(shè)計，將放電間隙縮小為0. 2cm，這樣可以充分將同等電壓下的電場強度增大，同時由于放電間隙的減小必然會使氣體可通過流量減小，這樣會大大增大反應(yīng)器處理污染氣體的能力。主要設(shè)計參數(shù)放電腔內(nèi)徑2cm ；放電腔外徑4cm ；放電腔長度5cm ；放電間隙0. 2cm ；阻擋介質(zhì)石英玻璃；介質(zhì)厚度 0. 2cm ；活性氧化鋁圓筒板材。電壓為l_16kV。靜電除塵器靜電除塵器利用庫侖力捕集粉塵，流經(jīng)除塵器的阻力很小，為98 300Pa。使用的電壓是l_16kV。實驗結(jié)果表明在沒有使用靜電除塵器時，出口處的PMlO和 PM2. 5分別是3. 26和4. 68mg/m3,使用后均降為0. 01mg/m3。性能測試主要由氣體發(fā)生裝置、集成系統(tǒng)凈化裝置和分析儀器三個部分組成。氣體發(fā)生裝置將甲苯的純液體置于恒溫水浴槽中，由空氣瓶將甲苯系物的蒸汽帶出，調(diào)節(jié)恒溫水浴槽的溫度得到不同的甲苯蒸汽的濃度。然后經(jīng)過集成系統(tǒng)凈化裝置，甲苯系物蒸汽的濃度由氣相色譜HP 6890N氣相色譜儀測定濃度。一氧化碳用痕量氣體分析質(zhì)譜儀分析和HP 6890N并配有甲烷化的轉(zhuǎn)化器。測試結(jié)果如表1所示。甲醛用痕量氣體分析質(zhì)譜儀分析。臭氧用臭氧分析儀檢測(Photometric O3 analyzer Model 400E, Teledyne Inc.， USA)。實施例二室溫多功能催化劑如下錳-鈷固溶體粉末的制備按照將可溶性的二價錳鹽、二價鈷鹽和強氧化劑在酸性溶液中混合，生成的黑色沉淀物在90 100°C的水溶液中劇烈攪拌回流12 4 后，過濾、洗滌，在100 150°C干燥10 Mh，然后在200 700°C焙燒得到錳-鈷固溶體粉末。錳-鈷固溶體蜂窩陶瓷整體型催化劑的制備稱取一定量的錳-鈷固溶體粉末， 加入一定比例的去離子水和硅膠粘合劑，高速攪拌1 Mh，得到一定濃度的錳-鈷固溶體復合氧化物漿液。將預先處理好的蜂窩陶瓷GOOpsi)浸漬在配制好的上述漿液中，浸漬 0. 5 5min后取出，吹盡孔道中的殘液，在空氣陰干后80 130°C干燥8 Mh，在200 800°C空氣下焙燒1 Mh，得到摻雜的氧化錳蜂窩陶瓷整體型催化劑。將得到錳-鈷固溶體氧化物的堇青石蜂窩陶瓷載體浸漬在含鉬金屬前驅(qū)體水溶液中，其中Pt的濃度為0. 001 0. 05mol/l，80-150°c烘干，200-700°C焙燒2~24h0重復幾次使Pt金屬的含量占總量的1-10%。然后將負載Pt金屬的蜂窩陶瓷載體樣品于 200-600°C的純氫氣中1-3 分別得到蜂窩整體型催化材料。性能測試在室溫(18 25 V )和相對濕度為40-100%的條件下，風速為3. Om/ S。甲醛、一氧化碳和苯用痕量氣體分析質(zhì)譜儀和氣相色譜分析。臭氧用臭氧分析儀檢測 (Photometric O3 analyzer Model 400E, Teledyne Inc, USA)。性能結(jié)果見表 2.實施例三等離子體和催化劑集成技術(shù)對甲苯去除的結(jié)果。測試條件同實施例二，使用電壓是12kV，連續(xù)使用六個月，集成系統(tǒng)非穩(wěn)定甲苯的濃度都< 0. 03mg/m3以下，臭氧的濃度 < 0. 02mg/m3，一氧化碳的濃度< 0. 02mg/m3 以下，甲醛< 0. 01mg/m3。
表1等離子體所用的電壓對去除甲苯效果的影響。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為一種清除甲苯氣體的等離子冷觸媒集成技術(shù)。
2.權(quán)利要求1中低溫等離子體和催化氧化的集成技術(shù)，其特征在于室溫去除甲苯氣體都大于95%。
3.權(quán)利要求1中低溫等離子體，其特征是采用介質(zhì)阻擋板放電、脈沖電暈或直流輝光放電等離子體技術(shù)，最好選擇介質(zhì)阻擋放電或脈沖電暈等離子體。
4.權(quán)利要求1中低溫等離子體，其特征是使用的電壓是l_16kV。
5.權(quán)利要求1中室溫冷觸媒，其特征在于所使用的冷觸媒既有室溫同時氧化一氧化碳、分解臭氧和氧化甲醛等污染物的功能。
6.權(quán)利要求5中室溫多功能冷觸媒，其特征在于所使用的是蜂窩陶瓷載體整體型冷觸媒，其上擔載有錳-鈷復合氧化物負載鉬金合金冷觸媒。
7.權(quán)利要求6中錳-鈷復合氧化物，其特征是錳-鈷氧化物之間形成了固溶體，錳的化學態(tài)主要是+4，鈷為+2或+3價，錳占錳-鈷氧化物固溶體重量的0-80%。
8.權(quán)利要求6中室溫多功能冷觸媒，其特征在于所使用的冷觸媒是蜂窩陶瓷載體整體型，其上擔載有錳-鈷氧化物固溶體負載的Pt冷觸媒。
9.權(quán)利要求6中的室溫多功能冷觸媒，其中鉬的總量占錳-鈷氧化物固溶體涂層的 0. 2-5wt. %。
10.權(quán)利要求1中所述的集成技術(shù)可以有效地去除室內(nèi)空氣的甲苯氣體，尤其適用于新車內(nèi)空氣的甲苯氣體有效去除。
全文摘要
本發(fā)明為一種高效清除甲苯污染物集成技術(shù)，采用低溫等離子體和催化劑優(yōu)勢疊加、劣勢互補的方案，涉及低溫等離子體、環(huán)境催化等領(lǐng)域。其特征是空氣中的甲苯污染物依次經(jīng)過低溫等離子體和催化劑就能得到高效去除，而且不會產(chǎn)生二次污染。甲苯污染物在等離子體發(fā)生等離子聚合生成固體顆粒物得到去除，同時生成的臭氧、一氧化碳和甲醛等小分子在催化劑上被氧化得到無毒害的氧氣、二氧化碳和水。本發(fā)明的集成系統(tǒng)在常溫、常壓和常濕的真實環(huán)境中可以高效穩(wěn)定地去除空氣中的甲苯污染物，去除率大于95％，同時不會產(chǎn)生新污染物，克服了等離子體在封閉空間中空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用瓶頸。
文檔編號B01D53/72GK102284234SQ201010202909
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:上海牛翼新能源科技有限公司