[发明专利]金属-有机骨架聚合物处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法

说明书

本发明公开了金属‑有机骨架聚合物用于处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法，属于金属‑有机骨架聚合物的应用和环境治理领域。金属‑有机骨架聚合物由金属中心和有机配体共同组成，具有高度规则的孔道结构，孔道的尺寸可调控，孔径大小分布均匀，活性位点分散有序，且有巨大的比表面积，有利于氮氧化物和挥发性有机污染物催化去除反应的进行。实验研究表明，在180^oC~500 ^oC的温度范围内，能够维持较为稳定的100% NOx和VOCs去除率。本发明为金属‑有机骨架聚合物在氮氧化物和挥发性有机污染物治理领域的应用提供了一种新颖高效的方法。

技术领域

本发明涉一种金属-有机骨架聚合物处理氮氧化物和挥发性有机污染物的方法，属于金属-有机骨架聚合物的应用和环境治理领域。

技术背景

随着现代工业和运输业的不断发展，氮氧化物（NO_x）和挥发性有机污染物（VOCs）过量排放引起的环境问题日益引起国内外的关注。氮氧化物主要包括NO、N₂O、NO₂、N₂O₄、N₂O₅等化合物。挥发性有机污染物VOCs是指在室温下具有挥发性质的有机物，目前我国环境保护局对于VOCs 的定义为： 在标准状态下饱和蒸气压较高（标准状态下大于 133.32 Pa）、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。氮氧化物和挥发性有机污染物，不仅会引发酸雨、光化学烟雾、温室效应以及臭氧层损耗等环境问题，还会引发呼吸道感染、心血管疾病而对人类健康构成威胁，因此氮氧化物和挥发性有机污染物的处理迫在眉睫。

氮氧化物的选择性催化还原(SCR)是目前应用最为广泛的一种脱硝技术，其研究的关键在于设计高效的催化剂。近年来，碳基负载过渡金属催化剂因其廉价易得，催化反应温度低、反应活性高等诸多优点而成为高效NO-SCR的研究方向。传统的碳基材料包括活性炭、碳黑、碳纤维和石墨烯及其衍生物等，碳基负载过渡金属催化剂即在上述碳基材料上负载具有催化脱硝活性的过渡金属。但是，有些过渡金属进行负载之后其活性会明显下降，负载过程也会引入灰分杂质，除此之外，由于传统的碳基材料本身结构杂乱无章、孔径大小不一，使得其催化过程不能达到理想的效果。因此，寻找一种新型高效的催化剂就成为防治氮氧化物污染的必经之路。对于挥发性有机物 VOCs的治理技术而言，目前最为常见的技术当属冷凝回收技术，但是需要消耗较大的高压和低温的能量，且无法对一些中等或者高等挥发性气体进行净化，具有较高的设备成本。所以，需要探索出更加完善且经济可行的治理技术。如果开发一种协同治理技术，在去除氮氧化物的同时也能去除挥发性有机物，那么既能同时避免这两种污染物带来的危害，又能减少二次气溶胶的形成，进而缓解光化学烟雾和臭氧层破坏等环境问题，可谓一举两得。

金属-有机骨架聚合物由金属中心和有机配体通过水热法等方法一次合成，无需后续负载过程，有机物作为材料的主要骨架，金属中心作为骨架的节点，均匀分散在有机物构成的碳骨架上。金属-有机骨架聚合物具有高度规则的孔道结构，孔道的尺寸可调控，孔径大小分布均匀，且有巨大的比表面积。进过热处理后，其优良的孔道结构及巨大的比表面积可极大的提高反应过程中气体的吸附性能，结合金属位点分散有序的特点可有效的提高气相催化反应的活性，且有抗粉尘和抗硫能力，具备碳基负载过渡金属催化剂的优势，同时又弥补了其结构上的不足。因此，将金属-有机骨架聚合物用于环境催化领域是一种很好的选择。

发明内容

针对近年来研究的碳基负载过渡金属环境催化剂结构杂乱无章、孔径大小不一、催化效果不佳等问题，本发明首次将金属-有机骨架聚合物用于环境催化领域处理氮氧化物和挥发性有机污染物。

为了达到上述发明的目的，采用如下技术方案：

（1）等多种材料。

（1）将上述金属-有机骨架聚合物用于催化去除NOx和VOCs污染气体，具体应用方法如下：