[发明专利]低温去除苯系物的整体型催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于环境保护技术领域，具体为一种低温去除苯系物的整体型催化剂及其制备方法。本发明的整体型催化剂，以蜂窝陶瓷为载体，先负载掺杂的hollandite型MnO₂作为第一活性组分，后负载银‑钯为第二活性组分。掺杂的hollandite型MnO₂中，铜离子（Cu²⁺）取代MnO₂的部分晶格位，碱金属（K⁺或Na⁺）存在于尺寸约为0.46*0.46 nm²的孔道中；Cu和碱金属相对于MnO₂的重量比分别为0.5～10%和0.5～10%，银‑钯合金与掺杂MnO₂的重量比为1～10%，银占银‑钯合金的重量比为0～100%。本发明的整体型催化剂在低温下可以高效稳定地同时去除多种挥发性有机污染物。

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种低温去除苯系物的整体型催化剂。

背景技术

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds, VOCs）广泛产生于石油炼制、钢铁制造、涂料生产、设备涂装、包装印刷、成品油储运以及燃料燃烧等领域，是大气细颗粒污染物（如PM_2.5）的重要来源^[1,2]。近年来，我国VOCs排放总量逐渐增加，引发的光化学烟雾、城市灰霾等复合大气污染问题日益严重。据估计，2020年VOCs排放总量相对于2005年将增长约50%^[3]。其中，苯系物在VOCs排放中占了很大的比重，并且对大气环境和人体健康都有不利的影响^[4]。大气中的苯系物会发生光化学反应，对PM_2.5有重大贡献，还会导致二次气溶胶和O₃的产生^[2,5]。同时，苯系物对人类健康有很大影响，如人吸入高浓度的苯会导致头晕、头痛，眼睛、皮肤和呼吸道也会受到刺激，严重地甚至会导致人失去知觉或死亡^[6]。即使在低浓度苯的环境中，长期暴露也会导致体内血液系统的紊乱，包括红细胞的减少和导致再生性贫血^[6]。美国环境保护署已经将苯列入已知致癌物名单中^[6]。故开展去除以苯系物的典型代表—苯的研究对于减少大气中VOCs的排放具有重要的意义。

控制苯排放的方法有吸附法、热燃烧法、等离子体法、光催化法、热催化法以及光-热催化法等。吸附法是比较原始的方法，鉴于苯的分子量（Mr = 78）远大于空气的平均分子量（大约29），在低温下对苯吸附有一定的作用，但是吸附法通常受吸附-脱附平衡控制导致吸附失效^[7,8]。热燃烧法是在高温条件下将苯转化成CO₂和H₂O，这种方法优点是氧化较彻底，副产物少，缺点是需要高能耗并存在安全隐患^[9,10]。等离子体法和光催化法这两种方法有其优点，但是它们的缺点是需要能源的供应和有害副产物（如O₃等）的产生^[11,12]。热催化法（简称催化法）是利用空气中的O₂或者制备的O₃为氧化剂在催化剂表面上将苯完全转化为无毒的CO₂和H₂O。由于O₃的氧化性比O₂强，所以用O₃作为氧化剂具有较高的低温催化活性，但是也存在O₃逃逸和生成氧化副产物等问题。武汉理工大学李远志教授开发一种光-热催化法去除苯等污染物，这种方法可以降低苯的氧化温度并获得高的催化效率^[13-15]。如果研发的催化剂具有低温高活性、不需要光的作用可以实现气态苯的氧化去除，并具有强抗湿性和稳定性，那么催化法对于气态苯的去除具有很强的优势。因此，开展苯的催化氧化研究不仅可以获得苯系物这类典型VOCs催化氧化反应的一般规律，而且对控制大气中二次PM2.5的生成以及减少室内空气苯污染都有重要意义。

发明内容