[发明专利]适用于低温等离子协同催化降解VOCs反应工艺及膜催化剂制备工艺

说明书

本发明公开适用于低温等离子协同催化降解VOCs反应工艺及膜催化剂制备工艺。该方法首先将用于低温等离子体装置的TC4钛合金电极进行阳极氧化处理使其表面形成多孔结构，然后使用涂敷法使得催化剂前驱体附着于电极表面，最终将电极组装成低温等离子体反应器，通过反应器自身高压放电使催化剂和电极一体化，最后与含VOCs废气进行反应。废气在电极中，由于高压和低压的作用，气体分子将上下震动，此过程增大了气体与催化剂的接触面积。本发明有效解决了等离子体反应装置中催化剂填充困难的难题。

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种适用于低温等离子协同催化降解VOCs反应工艺及膜催化剂制备工艺。

背景技术

随着人们环保意识的提高，挥发性有机物(VOCs)对环境的危害越来越受到重视。VOCs多指沸点低，常温易挥发的有机化合物，常见的有苯、甲苯、二乙苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰甲苯脂等，是一类对环境影响能力不逊于PM2.5的空气污染物。其种类繁多，且较易产生。交通运输工具的污染排放，工业生产制造的废气，建筑装饰材料等等之中均含有大量的VOCs。而VOCs因大大影响空气质量，危害人体健康，影响臭氧层等原因，使治理VOCs刻不容缓。目前我国主要使用燃烧法和吸附法两种工艺来处理VOCs。其中燃烧法是将VOCs与燃料混合，燃烧后产生CO₂、H₂O等无机物。该工艺治理VOCs效果显著，可以将有毒的VOCs转化成毒性较小的无机物。但是该工艺也存在着治理成本较高，不适合处理大量的低浓度污染气体等不足。而吸附法则是利用多孔介质，如活性炭，对VOCs中的有害成分进行吸附。其有着操作简单灵活、介质成本低廉、使用范围广、治理VOCs效果较好，对大量的低浓度污染气体治理效果显著等优点。但是当今处理吸附饱和的介质的能力较弱，并且介质的吸附效果较不稳定，使其维护成本较高，在填埋吸附饱和的介质时易污染土壤，造成二次污染。

低温等离子体技术现已成为VOCs治理研究领域的前沿热点技术。通常认为，低温等离子体中的高能电子与VOCs分子之间发生一系列复杂的物理和化学反应，从而把有机污染物降解为无毒无害物质，高能电子激发所产生的O、OH具有很强的氧化性，可以将VOCs分子降解为CO₂和H₂O，有研究表明原子氧是破坏VOCs的离解反应的主导影响。此方法处理VOCs设备简便，对工作环境要求较低，适用于多种场所。但仅仅使用等离子体法来处理VOCs，往往能量的利用率较低，且产生CO等有毒气体，从而造成二次污染。之后有研究人员提出利用催化剂协同等离子体处理挥发性有机物气体，如利用MnO₂等催化剂可以降低反应物的活化能，提高能量效率，同时可以增加产物的选择性，可降解反应中所产生的CO。低温等离子体协同催化剂法相比于传统的低温等离子体法，确实使得净化效率大大提升，但是，现有的填充式的等离子体协同催化剂方式，其主要问题是催化剂填充不方便，气阻很大，因而很难应用于实际。

本发明提出以TC4钛合金为等离子体反应装置的电极材料，通过阳极氧化法与活性中心固载等方式制得膜催化剂，用于低温等离子体高效降解VOCs反应。此制备方法便捷、高效，且有效解决了等离子体反应装置中催化剂填充困难的难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种适用于低温等离子协同催化降解VOCs工艺。所述方法在低温等离子体协同下不需要填充催化剂，实现一体化高效降解VOCs。

本发明以降解VOCs为目标，以TC4钛合金为等离子体反应装置的电极材料，以低温等离子体为处理方式,具体通过下述方案实现：

步骤(1)、将用于低温等离子体装置的TC4钛合金电极(高压与低压电极)置于碱溶液中，除去表面油渍，后依次用热水、冷水洗净碱液；

步骤(2)、将除油后的TC4钛合金电极固定于氧化槽内，以2mol/L硫酸为电解液，调节电压至一定数值进行阳极氧化，使电极表面形成多孔结构；其中所述的氧化电压为60～150V；