[发明专利]一种活性炭催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种活性炭催化剂及其制备方法和应用，本发明的催化剂以活性炭为载体，以铜和碱土金属为活性成分，活性炭含量为催化剂质量的80%～97%，铜含量为催化剂质量的1%～10%，碱土金属含量为催化剂质量的1%～10%；制备方法包括载体改性、配制铜和碱土金属溶液、浸渍活性炭、制备催化剂四个步骤；本发明催化剂成本更低、制备简单、催化活性好，用于低温等离子处理有机废气，增加废气与活性粒子接触几率，提高废气在装置中的停留时间，能加快活性物质和有机物分子反应，提高了废气的治理效果并减少副产物。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种活性炭催化剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种用于低温等离子处理有机废气的活性炭催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指沸点在50~260℃、室温下饱和蒸气压超过133.32Pa，以气态形式存在于空气当中的有机化合物。其种类繁多，包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸等。这些物质广泛应用于工业生产与日常生活中，给人类带来巨大经济利益的同时，也会对人类的健康及环境造成了极大的破坏。具体表现在以下几个方面：

（1）短期接触VOCs，会引发眼红、流泪、皮肤搔痒；刺激人的呼吸道，引起咽喉灼痛、呼吸困难等症状。

（2）长期接触VOCs，会降低人体免疫功能，引发神经衰弱、记忆力减退；此外还会影响消化系统，引起食欲不振，恶心等症状，严重时可损伤肝脏和造血系统。

（3）孕妇对VOCs尤为敏感，长期接触会引发妊娠综合症，造成新生儿染色体异常及白血病。

（4）VOCs还会引发深层次的环境问题。比如VOCs在阳光照射下，与大气中的NOx发生光化学反应，引起光化学烟雾；部分卤代烃类VOCs会对臭氧层进行破坏等。

目前处理VOCs技术包括回收利用技术和销毁技术两大类。回收利用技术是在不破坏有机分子结构的前提下，通过一系列物理方法，对VOCs进行捕集、浓缩，以便于再次利用，一般适用于高价值VOCs的处理。该技术通常采用冷凝、吸收、吸附、膜分离等。销毁技术是通过化学或生化反应将VOCs氧化分解为二氧化碳和水，包括生物处理、燃烧法、臭氧氧化、光催化及低温等离子体技术等。

近年来，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。其原理为高压放电产生的高能活性电子与空气中的水蒸气、氧气、有机物等发生一系列碰撞反应生成短寿命的高活性·O、·HO、·HC等；短寿命的活性粒子进一步重组生成如O₃和H₂O₂等长寿命的高活性粒子。但该技术存在能量利用率低，污染物停留时间短，易生成有害副产物等问题，限制了其进一步工业化应用。低温等离子体技术与催化技术相结合，能够有效地解决单纯等离子体技术存在的问题。CN108355486A公开了用活性炭球或活性氧化铝球作为载体，Ag、Rh、Cu、Mn、Fe、Nd的复合金属氧化物为活性组分，但由于所用贵金属成本较高，不利于工程实际的应用。另外，CN106693955A公开了一种双金属整体式等离子体催化剂，属于等离子体催化技术领域，该催化剂制备过程复杂、短寿命活性粒子利用率较低。目前，低温等离子体和催化剂耦合仍然需要进一步提高能量效率和控制副产物，提高耦合效应。其中一个重要的手段就是发明一种适合于等离子体放电区内氛围的催化剂，即采用催化剂放置在放电区，改善等离子体的放电后状态，同时由于催化剂具有吸附作用，延长有机废气在等离子体中的停留时间，从而提高能量效率并减少副产物。

基于上述分析，一种成本低、制备简单、用于低温等离子处理有机废气时，延长有机废气停留时间，提高废气的治理效果并减少副产物的活性炭催化剂是本行业急需的。

发明内容