[发明专利]一种协同低温等离子体催化降解工业有机废气的催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种协同低温等离子体催化 降解工业有机废气的催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，我国多个城市出现大规模重度雾霾天气，其实质是大气气溶 胶浓度过高，而挥发性有机污染物(VOCs)是重要前驱物。另外，VOCs 还会引起光化学烟雾、臭氧层破坏、全球气候变暖等大气问题，并且对人 畜有毒害作用。而工业源，如有机化工、石油化工、煤化工、制药、印刷、 喷涂等是主要的排放源，每年有几百万吨的产生量。

目前，处理工业挥发性有机物的方法主要有吸附、吸收、催化燃烧、 光催化等，但是这些传统技术一般适用于处理高浓度废气，且存在能耗高、 运行费用高及二次污染的问题。低温等离子体技术是一种新技术，被认为 是处理VOCs的有效方法，具有效率高、能耗低、结构简单、成本低、适 合处理大风量低浓度废气等优点。但单一的低温等离子体技术效果有限。 于是更多的研究人员将等离子体与催化剂结合，其协同作用可实现VOCs 的深度氧化，并且分解反应过程中产生的小分子有机物、O₃、NO_x、气溶 胶等副产物。

低温等离子体与催化剂一段式耦合可将催化剂和放电更紧密结合，其 中能够加强放电的铁电介质材料具有更好的性能，如Mn、Co、Ag等，另 外比表面积大的催化剂，特别是载体如Al₂O₃、TiO₂、分子筛等增大了VOCs 的停留时间，提高催化剂的分散性。但往往对VOCs的降解不完全，会有 小分子有机物残留，另外副产物O₃、NO_x没有得到高效利用与分解，尾气 中含量仍然很大。

中国专利公开号为CN1451477公开了《净化工业废气的发泡镍催化 剂及其制备方法和应用》，其载体是发泡镍并且组分百分比为40～80，活 性组分含有金属氧化物并且组分百分比为15～60，催化剂性能优异，和等 离子体结合后可在常温常压下实现对工业废气的净化处理，又不会造成反 应器的阻力增加。只是副产物问题的解决与否不得而知。

综上所述，低温等离子体技术耦合一段式原位催化效果好，但副产物 问题及VOCs的深度降解问题有待解决。

发明内容

本发明提供了一种协同低温等离子体催化降解工业废气的催化剂及 其制备方法与应用，此种催化剂制备简单、价格低廉、寿命长、性能好， 与等离子体结合可以常温下高效率去除工业VOCs废气，并且保障了低副 产物的排放。

一种协同低温等离子体催化降解工业废气的催化剂，包括载体、主活 性成分和助催化成分；所述载体为SiC；所述主活性成分为贵金属中至少 一种与过渡金属氧化物中至少一种的混合物、贵金属中的至少一种或过渡 金属氧化物中的至少一种；助催化剂成分为稀土金属氧化物中至少一种与 碱土金属氧化物中至少一种的混合物、稀土金属氧化物中的至少一种或碱 土金属氧化物中的至少一种；主活性成分占催化剂总质量的0.1～5％，助 催化剂成分占催化剂总质量的0.1～5％。

锰氧化物催化剂在O₃气氛下，能够有效促进VOCs的降解，起到了 同步降解O₃和VOCs的效果，同时金属氧化物降解O₃时，除了氧化锰之 外，铁、钴、镍的氧化物也有不错的降解O₃的效果；而针对表面富含电 子的稀土金属氧化物(如氧化铈和氧化镧)，其容易在吸附O₃的过程中， 提供一个电子给O₃形成O₃^-基团，该基团能够大大促进VOCs的降解。本 发明利用锰、铁、钴、镍、铈、镧等金属氧化物的特性，采用合适的载体 并且负载上述一种或多种氧化物得到催化剂，能够在较低温度条件下，达 到同步降解O₃和VOCs的效果。