[发明专利]一种室温同时脱除室内醛类和苯系物污染物的催化方法

说明书

技术领域

本发明属于室内空气净化技术领域，涉及一种针对室内空气污染物醛类和苯系物同时脱除的方法。 

技术背景

近年来,由大气中挥发性有机物(简称VOCs)所带来的污染日趋严重，在经历了工业革命所带来的“煤烟型污染”和“光化学污染”后，现代人正进入以“室内空气污染”标志的第三污染时期，甲醛、乙醛等醛类和苯、甲苯、二甲苯等苯系物具有极强的致癌、致畸、致突变等危害性，并且因其分子结构稳定不易被消除而一直困扰着人们，成为挥发性有机污染物的典型代表。随着人们生活水平的提高，室内建筑装饰、装修材料的大量使用，引起室内环境的污染。醛类和苯系物就是室内环境中最典型、最严重的污染物之一。我国国家标准规定室内空气中甲醛和苯的最高允许浓度分别为0.08和0.09mg/m³，在室温下约为0.06和0.07ppm。但是，据调查我国大多数城市半数家庭和办公室中空气醛类和苯系物的含量都超过了这个标准十几倍甚至几十倍，给人们身体健康造成了极大的危害。随着环保意识的提高，人们对室内醛类和苯系物污染愈发关注。因此，如何能快速有效的消除室内醛类和苯系物污染已成为研究的热点。 

室内空气净化技术与通常的处理空气污染物技术显著不同的是，室内空气净化技术必须满足室温操作，能耗低，材料可再生循环使用等实际要求。催化氧化技术是脱除醛类和苯系物的一种重要方法，但依目前结果看来，室温完全氧化甲醛仅在几种贵金属催化剂上得以实现(CN101380574)和(CN101612578)，而苯系物由于结构稳定，在室温下无法完全氧化脱除，即使在贵金属催化剂上也要150度以上才能完全氧化。 

光催化技术是一种在常温常压下使用的高级氧化技术，以TiO₂纳米粉体或薄膜作为光催化剂，以紫外灯为光源，对污染物进行光催化氧化脱除。但由于室内空气中醛类和苯系物污染物的浓度一般低于1.25mg/m³，对如此低浓度的污染物，光催化脱除效果不佳(Chemical Engineering Science.2003,58:929-934)。 

吸附净化技术是利用活性炭、分子筛、活性氧化铝等大比表面的多孔吸附材料对污染物进行吸附处理。但其受吸附容量和空气中水分子等竞争吸附的影响，会很快失效，并且存在二次污染，再生困难的问题。 

将吸附技术与光催化技术结合的复合技术，即将室内空气中低浓度甲醛先由活性炭吸附，吸附的甲醛再经120℃以上的热空气脱附并随之流入光催化反应器而脱除。虽通过吸附法与光催化法的结合，对低浓度甲醛脱除获得了比较理想的脱除效果，但是必不可少的热脱附过程及光催化设备都使该过程比较繁琐(J Wood Sci.2003,49:79-85)。 

将室温存储技术与等离子体放电技术结合的复合技术，即将室内空气中低浓度的苯先由负载银的沸石分子筛上吸附，吸附饱和的苯系物再经过纯氧等离子放电并完全转化为二氧化碳和水(Plasma Chemistry and Plasma Processing,2011,31:799-810)。再如申请号201010528567.8，专利名称“一种脱除气体中低浓度甲醛的催化剂及其应用”，该方法先将甲醛存储在负载Ag，Co等元素的沸石分子筛上，然后经过臭氧，放电或加热过程，使得存储的甲醛氧化为二氧化碳和水。以上两种方法虽然对低浓度苯和甲醛的单独脱除获得了比较理想的脱除效果，但是对于甲醛和苯两类污染物同时存在的情况下，由于甲醛与苯的分子直径相差较大，而分子筛中单一的孔径分布只能吸附两者之一，不能同时吸附甲醛和苯分子，同时必不可少的放电过程及纯氧发生设备都使该过程的能耗较高。 

将吸附与热催化氧化相结合的方法，如申请号200810116918.7，专利名称为“吸附与原位热催化氧化再生相结合的净化空气方法”，该方法利用活性炭多孔材料首先吸附低浓度的甲醛和苯系物，再使其升温至170-210℃，从而使吸附的甲醛和苯系物脱附出来，再利用另一个氧化能力较强的催化剂将脱附的污染物氧化为二氧化碳和水，该方法能在一定程度上吸附低浓度的甲醛和苯系物，但是存在一定的局限，由于活性炭是非极性物质，孔道尺寸分布在一个较宽的范围内，吸附强度和孔道内扩散阻力决定了活性炭的脱附性能，所以较容易脱附甲醛，然而苯在170-210℃范围内无法脱附，210℃时苯的脱附率为0%（广东农业科学，2011，4，139-140）。由此可见，该方法并无法实现吸附与热催化氧化的循环，苯只能不断的吸附在活性炭多孔材料上直至饱和。 

发明内容