一種鐵電體-電氣石等離子體催化劑、制備及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種鐵電體-電氣石等離子體催化劑、制備及應(yīng)用，屬于等離子體催化劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鐵電體-電氣石等離子體催化劑材料及其制備方法，可用于揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除。催化劑制備步驟為：對(duì)電氣石材料和鐵電體材料進(jìn)行預(yù)處理，超聲分散，洗滌，抽濾，烘干；按一定質(zhì)量比稱量?jī)煞N材料，將一定量的去離子水加入到稱量好的鐵電體材料中，超聲分散后加入稱量好的電氣石材料，攪拌，烘干，焙燒，得到復(fù)合催化劑。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)廉，制備條件溫和，操作簡(jiǎn)單，因此易于推廣產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化。在制備過程中不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的副產(chǎn)物，整個(gè)過程無污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是一種新型環(huán)保工藝。
【專利說明】—種鐵電體-電氣石等離子體催化劑、制備及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于等離子體催化劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鐵電體-電氣石等離子體催化劑材料及其制備方法，可用于揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和日常生活中排放出了大量的揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)，這些有害物質(zhì)由于其毒性或惡臭氣味，嚴(yán)重影響著人們的身體健康及周圍的大氣環(huán)境狀況，已引起世界各國(guó)的普遍重視。傳統(tǒng)的VOCs凈化技術(shù)包括催化燃燒、膜分離、冷凝、吸收吸附和生物過濾等，但其存在投資大、周期長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用聞等缺點(diǎn)O
[0003]傳統(tǒng)等離子體降解污染物過程中會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，如臭氧、氮氧化物等，造成二次污染。因而將等離子體和催化聯(lián)合應(yīng)用于有機(jī)污染物的降解成為今年來研究熱點(diǎn)，而催化劑研究則成為該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的熱點(diǎn)。在等離子體反應(yīng)體系中引入適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，可以選擇性地與中間副產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，從而有效控制反應(yīng)產(chǎn)物的生成與分布，進(jìn)一步提高能量效率。等離子體催化劑的研究較多，如ZL200710009641.3和ZL01805477.3報(bào)道了將光催化材料TiO2應(yīng)用于等離子體場(chǎng)中，從而提高污染物去除率；ZL201210034920.6則報(bào)道了制備鐵電體材料與TiO2混合材料聯(lián)合用于污染物的去除。在本發(fā)明中，首次將鐵電體材料與電氣石材料復(fù)合制備新型等離子體催化劑，達(dá)到提高污染物去除率并且降低能耗的雙重目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)的低溫等離子體催化劑及其制備方法。本催化劑可直接應(yīng)用于等離子體場(chǎng)中，可以提高污染物去除率并降低能耗，該種催化劑材料為鐵電體材料和電氣石材料的復(fù)合材料。
[0005]本發(fā)明提出一種新型等離子體催化劑復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下:
[0006](I)電氣石材料預(yù)處理:取電氣石粉末，置于容器中，先后分別用去離子水和鹽酸溶液超聲分散I?2h，靜置，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用；
[0007](2)鐵電體材料預(yù)處理:取鐵電體粉末，置于容器中，用鹽酸溶液超聲分散I?2h，靜置，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用；
[0008](3)將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料分別置于研缽中反復(fù)研磨；
[0009](4)稱取一定量的鐵電體材料，加入去離子水，混合溶液超聲15?45min，加入一定量的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中300-400°C下焙燒2-4h(優(yōu)選350°C下焙燒3h)，得到復(fù)合催化劑，復(fù)合催化劑中鐵電體材料與電氣石材料質(zhì)量百分含量配比為90%?60%:10%?40%，鐵電體材料和電氣石材料質(zhì)量比優(yōu)選為90%:10%。
[0010]在本發(fā)明等離子體催化劑復(fù)合材料中，電氣石粉體平均粒徑大小為0.3?I μ m，鐵電體粉體平均粒徑大小為20?60nm，所制得的復(fù)合催化劑平均粒徑大小為0.6 μ m。[0011]在本發(fā)明中，電氣石材料可為鐵電氣石、鎂電氣石、鋰電氣石或錳電氣石；鐵電體材料可為鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鉛。
[0012]利用本發(fā)明所得的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌、性能等測(cè)定采用掃描電子顯微鏡(SEM)、比表面積分析儀(BET)等進(jìn)行表征與測(cè)量，并且測(cè)試了其對(duì)污染物甲苯的去除效率及能耗情況。
[0013]一種根據(jù)上述方法制備得到的鐵電體-電氣石等離子體催化劑，包括鐵電體材料與電氣石材料，鐵電體材料與電氣石材料質(zhì)量配比為90%?60%:10%?40%，電氣石材料粉體平均粒徑大小為0.3?I μ m，鐵電體材料粉體平均粒徑大小為20?60nm，所制得的復(fù)合催化劑平均粒徑大小為0.6 μ m。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]1.本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)廉，制備條件溫和，操作簡(jiǎn)單，因此易于推廣產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化。
[0016]2.制得的催化劑為鐵電體材料和電氣石材料復(fù)合材料，可提高污染物的去除率，同時(shí)降低能耗。
[0017]3.本發(fā)明在制備過程中不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有污染的副產(chǎn)物，整個(gè)過程無污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是一種新型環(huán)保工藝。
[0018]4、催化劑使用工藝簡(jiǎn)單，不需要附加裝置及其他條件，避免了二次污染的產(chǎn)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為催化劑的SEM圖(X 300 )；
[0020]圖2為催化劑的SEM圖(X 1000);
[0021]圖3為實(shí)施例1中所得新型催化劑與無催化劑(空管)狀態(tài)下去除甲苯效率比較圖；
[0022]圖4為實(shí)施例1中所得新型催化劑與ZL201210034920.6中催化劑去除甲苯效率比較圖；
[0023]圖5為實(shí)施例1中所得新型催化劑與ZL201210034920.6中催化劑能耗比較圖；
[0024]圖6為實(shí)施例2中所得新型催化劑去除甲苯效率圖；
[0025]圖7為實(shí)施例3中所得新型催化劑去除甲苯效率圖；
[0026]圖8為實(shí)施例4中所得新型催化劑去除甲苯效率圖；
[0027]圖9為實(shí)施例5中所得新型催化劑去除甲苯效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1:
[0029](I)取一定量的電氣石粉末,置于燒杯中，先后用去離子水和鹽酸溶液超聲分散lh，靜置12h，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用；
[0030](2)取一定量的鐵電體粉末，置于燒杯中，用鹽酸溶液超聲分散lh，靜置12h，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用；
[0031](3)將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料置于研缽中反復(fù)研磨；
[0032](4)將研磨后的鈦酸鋇與鐵電氣石材料按其質(zhì)量比為90%:10%分別稱量,將稱量好的鐵電體材料置于燒杯中，加入一定量的去離子水，混合溶液超聲45min，加入稱量好的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中350°C下焙燒3h，得到復(fù)合催化齊U，對(duì)甲苯最高去除率可達(dá)85%。
[0033]實(shí)施例2:
[0034](I)取一定量的電氣石粉末,置于燒杯中，先后用去離子水和鹽酸溶液超聲分散
1.5h，靜置12h，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用；
[0035](2)取一定量的鐵電體粉末,置于燒杯中,用鹽酸溶液超聲分散1.5h,靜置12h,再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用；
[0036](3)將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料置于研缽中反復(fù)研磨；
[0037](4)將研磨后的鈦酸鋇與鐵電氣石材料按其質(zhì)量比為80%:20%分別稱量,將稱量好的鐵電體材料置于燒杯中，加入一定量的去離子水，混合溶液超聲30min，加入稱量好的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中300°C下焙燒2.5h，得到復(fù)合催化劑，對(duì)甲苯最高去除率可達(dá)75%。
[0038]實(shí)施例3:
[0039](I)取一定量的電氣石粉末,置于燒杯中，先后用去離子水和鹽酸溶液超聲分散lh，靜置12h，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用；
[0040](2)取一定量的鐵電體粉末,置于燒杯中，用鹽酸溶液超聲分散1.5h,靜置12h,再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用；
[0041](3)將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料置于研缽中反復(fù)研磨；
[0042](4)將研磨后的鈦酸鋇與鐵電氣石材料按其質(zhì)量比為70%:30%分別稱量,將稱量好的鐵電體材料置于燒杯中，加入一定量的去離子水，混合溶液超聲30min，加入稱量好的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中380°C下焙燒2h，得到復(fù)合催化齊U，對(duì)甲苯最高去除率可達(dá)69%。
[0043]實(shí)施例4:
[0044](I)取一定量的電氣石粉末,置于燒杯中，先后用去離子水和鹽酸溶液超聲分散lh，靜置12h，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用；
[0045](2)取一定量的鐵電體粉末,置于燒杯中，用鹽酸溶液超聲分散2h,靜置12h,再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用；
[0046](3)將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料置于研缽中反復(fù)研磨；
[0047](4)將研磨后的鈦酸鋇與鐵電氣石材料按其質(zhì)量比為70%:30%分別稱量,將稱量好的鐵電體材料置于燒杯中，加入一定量的去離子水，混合溶液超聲35min，加入稱量好的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中400°C下焙燒2h，得到復(fù)合催化齊U，對(duì)甲苯最高去除率可達(dá)72%。
[0048]實(shí)施例5:
[0049](I)取一定量的電氣石粉末,置于燒杯中，先后用去離子水和鹽酸溶液超聲分散
1.5h，靜置12h，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用；
[0050](2)取一定量的鐵電體粉末,置于燒杯中，用鹽酸溶液超聲分散2h,靜置12h,再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用；
[0051](3)將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料置于研缽中反復(fù)研磨；[0052](4)將研磨后的鈦酸鋇與鐵電氣石材料按其質(zhì)量比為60%:40%分別稱量,將稱量好的鐵電體材料置于燒杯中，加入一定量的去離子水，混合溶液超聲15min，加入稱量好的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中350°C下焙燒4h，得到復(fù)合催化齊U，對(duì)甲苯最高去除率可達(dá)70%。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟如下:(1)電氣石材料預(yù)處理:取電氣石粉末，置于容器中，先后分別用去離子水和鹽酸溶液超聲分散I?2h，靜置，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，置于烘箱中干燥備用； (2)鐵電體材料預(yù)處理:取鐵電體粉末，置于容器中，用鹽酸溶液超聲分散I?2h,靜置，再用去離子水多次洗滌粉末至中性，抽濾，烘干備用； (3)將預(yù)處理后的鐵電體材料和電氣石材料分別置于研缽中反復(fù)研磨； (4)稱取一定量的鐵電體材料,加入去離子水,混合溶液超聲15?45min,加入一定量的電氣石材料，攪拌12h，使其混合均勻，烘干，再在馬弗爐中300-400°C下焙燒2-4h，得到復(fù)合催化劑，復(fù)合催化劑中鐵電體材料與電氣石材料質(zhì)量百分含量配比為90%?60%:10% ?40% O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于步驟(3)研磨后電氣石材料粉體平均粒徑大小為0.3?I μ m，鐵電體材料粉體平均粒徑大小為20?60nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于所制得的復(fù)合催化劑平均粒徑大小為0.6 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于電氣石材料為鐵電氣石、鎂電氣石、鋰電氣石或猛電氣石；鐵電體材料為鈦酸鋇、鈦酸銀或鈦酸鉛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化劑的制備方法，其特征在于步驟(4)馬弗爐中350°C下焙燒3h。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5所述方法制備得到的鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化齊U，其特征在于，等離子體復(fù)合催化劑包括鐵電體材料與電氣石材料，鐵電體材料與電氣石材料質(zhì)量百分含量配比為90%?60%:10%?40%，電氣石材料粉體平均粒徑大小為0.3?Iμ m,鐵電體材料粉體平均粒徑大小為20?60nm，所制得的復(fù)合催化劑平均粒徑大小為0.6 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求6的鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化劑，其特征在于，鐵電體材料和電氣石材料質(zhì)量百分含量為90%:10%。
8.權(quán)利要求6或7的的鐵電體-電氣石等離子體復(fù)合催化劑用于揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除。
【文檔編號(hào)】B01D53/86GK103785390SQ201410054843
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】梁文俊, 王愛華, 李堅(jiān), 馬琳 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)