[发明专利]一种处理VOCs的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种用于处理VOCs的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的催化剂具有核壳结构，核层为选自13X，HZSM‑5，Hβ、3A中的一种或多种的分子筛，壳层为过渡金属硅酸盐化合物和第二活性金属，其中过渡金属选自Ni、Co中的一种，第二活性金属为Fe、Cu中的一种，壳层过渡金属硅酸盐为片状结构的纳米材料，自组装成3D花状结构。本发明所提供的制备方法简单易操作，制得的核壳催化剂用于一段式等离子体技术处理VOCs，不仅活性优异，同时稳定性良好，极大的弥补了现有技术的不足。

技术领域

本发明涉及一种低温等离子体催化剂技术领域，尤其涉及一种用于处理VOCs的核壳结构的低温等离子体协同催化剂及其制备方法和其在低温等离子体处理VOCs中的应用。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指具有挥发性并且能参与光化学反应的一类有机化合物。我国定义为在常温下饱和蒸气压约大于70Pa，常压下沸点低于260℃的有机化合物。VOCs要包括酯类、烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、醛类、酮类以及其他化合物。目前，我国VOCs排放量总量已超氮氧化物、二氧化硫排放量，VOCs已成为我国大气污染的主要来源。VOCs是光化学烟雾，对流层臭氧二次气溶胶的前驱体，经过复杂的物理化学反应后会导致二次污染、温室效应以及区域气候变化等，并且挥发性有机化合物具有毒性，致癌性，危害环境的同时对人类的生命健康造成威胁。因此有效降低VOCs的排放，对于保护人类和环境都是具有重要意义的。

目前对于VOCs的处理方法主要有吸收技术、冷凝技术、生物降解技术、燃烧技术、光催化技术、等离子体技术等。在诸多VOCs治理技术中，低温等离子体(Non-ThermalPlasma，NTP)技术具有以下突出的优点：(1)在常温常压下工作，操作简单；(2)该技术可以同时去除多组分的VOCs；(3)该技术能够快速降解VOCs。但是，单纯的低温等离子体技术只适用于中低浓度VOCs的脱除，同时该技术需要较高的电压，耗能高、选择性低，部分VOCs在降解过程中会生产成有毒的中间产物，等离子放电过程还会产生NOx，臭氧等副产物。为了克服这些不足，将低温等离子体与催化氧化技术耦合，即在等离子体的放电区域装填催化剂，在等离子体与催化剂协同作用下，可以有效利用等离子体降解过程产生的高能量物质和中间产物，显著提高对VOCs有机污染物的催化效率和选择性。

根据催化剂是否处于反应器的电场内，可将低温等离子消除技术分为一段式(InPlasma Catalysis，IPC)，中间式(Middle Plasma Catalysis，MPC)，二段式(段式(PostPlasma Catalysis，PPC)。一段式是将催化剂填满放电区域，等离子体与催化剂相互影响产生协同作用；中间式是将催化剂置于刚好处电场区域的范围外，利用等离子体区域内产生的短寿命活性物质与未反应VOCs反应；二段式是将催化剂置于电场区域的范围外，利用等离子体内产生长寿命活性物质与未反应的VOCs反应；三种类型的等离子体催化剂因所处位置不同，催化机理存在差异，因而催化剂也存在显著不同。

一段式等离子体协同催化剂反应体系最为复杂，但一段式具有效率高，结构简单，可充分利用活性物质的优点。目前等离子体协同催化剂一般由多孔吸附材料和其负载的活性组分组成。多孔吸附材料主要包括活性炭、分子筛、氧化铝等，他们拥有较大的吸附容量和比表面积。活性组分可分为贵金属催化剂和过渡金属催化剂，其中贵金属催化剂主要以Pt、Au、Pd等为主，过渡金属催化剂以Cu、Mn、Cr、La、Ce、Zr等为主。

CN201611199989公开了一种双金属整体式等离子体催化剂，采用过量浸渍法制备催化剂，活性组分选自Mn、Ce、La，氧化铝为催化剂载体，最后将催化剂浆料负载在堇青石蜂窝陶瓷载体上，所得整体式双金属等离子体催化剂造常温常压下对甲苯等VOCs具有较好的去除效果。