[发明专利]一种催化强化低温等离子体降解甲苯的方法

说明书

一种催化强化低温等离子体降解甲苯的方法，属于有机废气甲苯催化降解的技术领域。以甲苯为废气，经MnO_X/Al₂O₃催化剂制备、低温等离子体反应器调试、催化强化低温等离子体降解甲苯、尾气吹脱的简单工艺实现有机废气甲苯的降解。本发明制备的催化剂能够显著提高甲苯的催化降解效率，节约能耗,减少生产成本，操作步骤简单，过程绿色环保。本方法提出的催化强化甲苯降解体系可延申至其他VOCs，推进等离子体催化降解VOCs的工业化应用。

技术领域

本发明属于有机废气甲苯催化降解的技术领域，具体涉及催化强化低温等离子体降解甲苯的方法。

背景技术

甲苯具有易燃易爆性，排放于空气中，对人体皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。甲苯废气在强日光照射下生成强氧化性物质——光化学烟雾，危害农作物生长和人类的健康，长期暴露于低浓度甲苯会导致疾病甚至癌症；短时间内吸入较高浓度该品可出现眼及上呼吸道明显的刺激症状。目前，甲苯废气治理技术主要有吸附、吸收、催化燃烧、光催化等技术，这些技术存在能耗高、运行费用高及二次污染等问题。低温等离子体技术具有操作简单、常温常压下VOCs降解率高等优点，是一种有效处理VOCs的新技术。但目前等离子体技术降解VOCs还存在如能量效率低、有副产物产生、能耗高等不足。如何加强改性低温等离子体协同催化剂技术，提高等离子体催化降解有机废气的能效受到越来越多的关注。

现有低温等离子体协同催化剂降解VOCs方法，如2014年2月18日公布的公布号为CN103785390A的一种铁电体-电气石等离子体催化剂、制备及应用, 公开的方法是：以盐酸预处理粒径0.3~1um电气石材料与粒径10~60nm铁电体材料体铁为催化活性组分，将质量百分含量配比为90～60%：10～40%铁电体粉末材料与电气石粉末材料引入等离子体反应场中，在放电电压为15~20Kv时甲苯去除率可达42~85%。存在的主要缺点在于：（1）催化剂材料预处理使用盐酸，对生产设备具有腐蚀性，盐酸废液的处置增加安全生产成本和环境污染治理成本；（2）制备催化剂材料为粒径0.3~1um的粉末状，处理过程中易随大流量VOCs飘散，不利于生产控制，且当气体流速较低时，易堆积反应场及其管道，不仅加大催化剂回收难度，还造成管道堵塞，引发安全隐患，增加管道清洗的费用；（3）催化剂制备需搅拌、超声12h，放电电压为15~20Kv，增加了工序和能耗成本。

发明内容

本发明的目的是：针对现有等离子体催化技术降解甲苯的不足，提出一种MnO_x/Al₂O₃催化强化低温等离子体降解甲苯的方法，具有催化剂原料廉价、制备条件温和、制备催化剂显著提高等离子体放电功能、甲苯降解效率高、能耗低等，操作简单等特点。

本发明采用的原理是：常温常压下高压放电可产生高能电子、O·和·OH等自由基，以及氧化性极强的O₃。这些活性粒子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞,将能量转换成基态分子(原子)的内能,发生激发、离解和电离等系列过程，一方面通过撞击断裂气体分子健,生成一些单原子分子和固体微粒,另一方面活性粒子与有机物发生氧化还原反应、促使有机物降解,还可引发反应体系中或涂敷上电极的催化剂进一步产生自由基粒子,促进体系中有机物选择性地加速反应，提升有机物的降解效率，同时降低放电能耗。此外，固体催化剂对甲苯还具有吸附性能，可增强甲苯在低温等离子体中的停留时间，从而提高甲苯的去除效率。

实现发明目的的技术方案是：一种催化强化低温等离子体降解甲苯的方法，以甲苯为废气，经MnO_X/Al₂O₃催化剂制备、低温等离子体反应器调试、催化强化低温等离子体降解甲苯、尾气吹脱的简单工艺实现有机废气甲苯的降解。所述方法具体步骤如下：

（1）MnO_X/Al₂O₃催化剂制备