[发明专利]一种用于挥发性有机废气处理的催化臭氧氧化催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制技术领域，特别涉及一种用于挥发性有机废气处理的催化臭氧氧化催化剂及其制备方法和应用，及其在催化臭氧氧化挥发性有机废气中的应用。

背景技术

挥发性有机废气是我国目前大气区域灰霾污染和光化学烟雾污染的形成均有重要贡献。目前，围绕如何深化大气环境保护工作、降低挥发性有机废气的排放等开展了一系列工作。国内外治理挥发性有机废气比较普遍的方法有吸附法、吸收法、等离子法、焚烧法和催化氧化法等。

例如，公开号为CN103285813A的中国发明专利申请文献公开了一种有机废气吸附剂，由以重量百分比计的80-90％的全硅分子筛、8-15％的天然矿物多孔材料、2-5％的纳米石墨材料以及以上述三种组分的总重量计的1-5％的扩孔剂和1-5％的胶溶剂制备而成。

公开号为CN 101785951A的中国发明专利申请文献公开了一种有机废气的净化方法，包括有机废气预处理，特点是将预处理后的有机废气先通过活性炭吸附床进行浓度调节，然后通过等离子体净化器进行净化处理。

公开号为CN 102116482A的中国发明专利申请文献公开了一种挥发性有机废气锅炉热力焚烧净化工艺：挥发性有机废气先进入吸附或吸收装置进行预处理，然后挥发性有机废气通过引风机进入锅炉进行焚烧处理，出来后的废气进入脱硫除尘装置进行脱硫和除尘处理，尾气就可以达标排放。

公开号为CN 201815242U的中国实用新型专利公开了一种有机废气催化氧化净化处理系统装置，包括两个并列设置的催化氧化反应器，有机废气通过管道分配至两个并列设置的催化氧化反应器，有机废气分配管路上设置阀门，每个催化氧化反应器的出口管路上设置阀门，以实现将任一个催化氧化反应器隔离。

但吸附法存在成本高、吸附剂吸附饱和等缺点；吸收法需要选择合适的化学剂，要求化学剂反应条件温和，同时考虑有无二次污染、价格等问题；等离子法存在能耗高、净化率一般等缺点；焚烧法净化效果好，但投资及运行费用高。

催化氧化法起燃温度有所下降、安全性较好，但存在催化剂失活、净化效率不高、反应选择性差、催化反应条件苛刻、会产生一定的二次污染的缺点。

发明内容

本发明提供了一种用于挥发性有机废气处理的催化臭氧氧化催化剂及其制备方法和应用，解决了现有的处理挥发性有机废气的技术中存在污染物效率低、投资和运行费用高，反应条件苛刻等问题。

一种用于挥发性有机废气处理的催化臭氧氧化催化剂，由载体和活性组分组成，所述载体为氧化铝、氧化硅、沸石或陶瓷球；所述活性组分由氧化锰与助剂组成，所述助剂为铁、镍、钴、铬和钒中的至少一种元素的氧化物。

优选地，所述催化剂中的总金属元素的质量为载体质量的6～24wt％；所述助剂中的总金属元素的质量与锰的质量之比为1.0:1.0～5.0。更优选地，所述助剂中的总金属元素的质量与锰的质量之比为1.0:4.0～5.0。

最优选地，所述催化剂中的总金属元素的质量为载体质量的12wt％；所述助剂中的总金属元素的质量与锰的质量之比为1.0:5.0。

优选地，所述载体为γ-氧化铝。

优选地，所述助剂为氧化钒。

挥发性有机废气中的有机物为丙酮、甲苯、二氯乙烷等，尤其对甲苯具有很好的催化效果。

气相催化臭氧氧化技术是近些年发展起来的一种高级氧化技术，该技术结合催化和臭氧氧化，使臭氧在催化剂作用下产生更多的具有强氧化能力的中间产物，这些中间产物氧化能力极强，反应无选择性，能快速氧化分解臭氧无法氧化的高稳定性、难降解的有机物达到提高臭氧氧化能力的目的，并且大大降低了反应温度，能够实现对挥发性有机废气的净化。制备出合适的催化臭氧氧化催化剂是该技术的核心。

本发明的催化剂载体取材广泛，活性组分不含贵金属，价格低廉。

本发明的催化剂采用臭氧作为氧化剂，其作用在于催化剂优先催化分解臭氧产生大量活性氧和过氧化物，并在催化剂表面形成了锰基催化活性络合物，进一步分解挥发性有机废气，显著增加了催化活性和降低了反应温度，能够催化分解含有苯环等较高键能的有机化合物，而单独臭氧或单独催化剂本身不具有分解大部分挥发性有机废气的能力。

本发明的催化剂中助剂使催化剂中锰氧化物的晶粒度变小，分散度增加，催化剂比表面积增加，大大削弱载体与锰之间的相互作用，增加了催化剂中活性锰的数目，并且一定比例的助剂提高了催化剂使用寿命，其中以助剂钒氧化物最为显著。

因此，更优选的技术方案，载体为γ-氧化铝，活性组分由氧化锰和氧化钒组成。