一種氟改性低溫等離子體催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型等離子體催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氟改性低溫等離子體催化劑材料及其制備方法，可用于揮發(fā)性有機污染物的去除。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著霧霾天氣的頻發(fā)，給人們的生活帶來不便，更對人們的健康造成極大的危害，如何治理霧霾天氣引起了人們的極大關(guān)注。揮發(fā)性有機物是城市大氣污染物細粒子的重要前體物，加劇霧霾天氣的出現(xiàn)，因此對揮發(fā)性有機物的控制迫在眉睫。揮發(fā)性有機物(VOCs)是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的排放污染物，此類物質(zhì)大多具有毒性，不僅對周圍的環(huán)境造成破壞，也對人體的健康造成不可逆的傷害。為此，西方國家頒布法令對VOCs的排放進行管制，制定了有機廢氣排放控制標準，同時，針對VOCs的控制技術(shù)的研宄也逐步成為熱點。
[0003]由于低溫等離子體和催化協(xié)同技術(shù)比單獨低溫等離子體技術(shù)和光催化技術(shù)更具應(yīng)用前景，近年來已成為國內(nèi)外該領(lǐng)域的研宄前沿和熱點。低溫等離子體協(xié)同催化技術(shù)雖然具有處理效率高、適用范圍廣等優(yōu)點，但在降低能耗、減少中間產(chǎn)物的生成等方面有待進一步研宄。在等離子體反應(yīng)體系中引入適當(dāng)?shù)拇呋瘎梢赃x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，進一步提高能量效率。
[0004]等離子體催化劑的研宄較多，如ZL200710009641.3和ZL01805477.3報道了將光催化材料T12應(yīng)用于等離子體場中，從而提高污染物去除率。ZL201210034920.6則報道了制備鐵電體材料與TiCV混合材料聯(lián)合用于污染物的去除，提高了處理效果，但專利中所用的有機粘合劑環(huán)氧樹脂會在放電過程中產(chǎn)生副產(chǎn)物。目前該項技術(shù)仍存在污染物去除效率不高，易生成副產(chǎn)物以及能耗較高等問題。在本發(fā)明中，將氟改性后的催化劑應(yīng)用于低溫等離子體場中，從機理分析，將催化劑進行氟離子改性，氟離子存在化學(xué)吸附(即表面氟化)和摻雜兩種形式，化學(xué)吸附能夠促進游離態(tài)的羥基自由基生成來提高催化劑的催化活性，摻雜可使氟離子置換晶格氧原子從而提高催化活性，因此，對催化劑進行氟改性可提高污染物去除率，同時有助于抑制副產(chǎn)物生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種操作簡單、環(huán)境友好的氟改性低溫等離子體催化劑及其制備方法。本催化劑可直接應(yīng)用于等離子體場中，可以提高污染物去除率并減少副產(chǎn)物生成。本發(fā)明使用硅溶膠溶液作為粘合劑和分散劑可以使催化劑較均勻的分散在載體表面，用含氟化合物對催化材料進行改性，有利于催化反應(yīng)的發(fā)生和污染物催化效率的提高。
[0006]本發(fā)明提出一種氟改性低溫等離子體催化劑的制備方法，其特征在于，步驟如下:
[0007](I)催化材料預(yù)處理，取納米級T12和鐵電體粉體材料，分別置于兩個燒杯中，先后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；
[0008](2)將步驟(I)中預(yù)處理后的粉末材料分別置于兩個研缽中反復(fù)研磨；
[0009](3)稱取一定量步驟(2)中的兩種材料于工業(yè)硅溶膠溶液中超聲攪拌0.5?2h，其中納米級T12和鐵電體材料質(zhì)量配比為50%?10%:50%?90% ；
[0010](4)將與催化材料質(zhì)量比為0.75%?3%的含氟化合物加入步驟(3)的溶液中，超聲攪拌0.5?2h ;
[0011](5)將Y-Al2O3載體先用鹽酸溶液清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用去離子水洗至中性，后將其于105°C下干燥后置于干燥器中備用；
[0012](6)稱取與催化材料質(zhì)量比為15:1的步驟(5)中Y-Al2O3置于步驟(4)中的溶液，邊攪拌邊超聲0.5?2h，在105°C下烘干后置于馬弗爐中200?300 °C條件下焙燒0.5?2h，400?600°C條件下焙燒2?4h。
[0013]進一步，納米級T12和鐵電體材料質(zhì)量配比為30%:70%o
[0014]在本發(fā)明中，鐵電體材料可為鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鉛。本發(fā)明中，1102粉末材料和鐵電體粉末材料粒徑均為30?70nm，γ -Al2O3載體直徑為4?6mm，BET為200?300m2/go本發(fā)明中，含氟化合物可為氟化銨、氟化鈉、氟化鈣等。
[0015]本發(fā)明優(yōu)點在于:
[0016]1、本發(fā)明制備工藝簡單，制備條件溫和，操作簡單，因此易于推廣產(chǎn)業(yè)化和市場化。
[0017]2、本發(fā)明制備的新型催化劑，使用硅溶膠溶液作為粘合劑和分散劑可以使催化劑較為均勻的分散在載體表面，用含氟化合物對催化材料進行改性，有利于催化反應(yīng)的發(fā)生的污染物去除效率的提高。
[0018]3、催化劑使用簡單，直接填充到反應(yīng)區(qū)即可，不需要額外的附加裝置及氣體氛圍，降低成本，避免了副產(chǎn)物的生成。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1中所得氟改性催化劑與空管以及單獨T12催化劑甲苯去除效率比較圖；
[0020]圖2為實施例2中所得氟改性催化劑與空管以及單獨T12催化劑甲苯去除效率比較圖；
[0021]圖3為實施例3中所得氟改性催化劑與空管以及單獨T12催化劑甲苯去除效率比較圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023](I)催化材料預(yù)處理，取納米級T12和鐵電體粉體材料，分別置于兩個燒杯中，先后分別用去離子水和鹽酸溶液超聲分散lh，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；
[0024](2)將步驟(I)中預(yù)處理后的粉末材料分別置于兩個研缽中反復(fù)研磨；
[0025](3)稱取一定量步驟(2)中的兩種材料于工業(yè)硅溶膠溶液中超聲攪拌0.5h，其中納米級T12和鐵電體材料質(zhì)量配比為10%:90% ；
[0026](4)將與催化材料按質(zhì)量比為0.75%的含氟化合物加入步驟(3)的溶液中，超聲攪拌Ih ；
[0027](5)將Y-Al2O3載體先用鹽酸溶液清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用去離子水洗至中性，后將其于105°C下干燥后置于干燥器中備用；
[0028](6)稱取與催化材料質(zhì)量比為15:1的步驟(5)中γ-Al2O3置于步驟(4)中的溶液，邊攪拌邊超聲lh，在105°C下烘干后置于馬弗爐中250°C條件下焙燒lh，400°C條件下焙燒2h。
[0029]制備出的氟改性催化劑反應(yīng)器對于甲苯的降解率明顯高于空管以及單獨1102催化劑反應(yīng)器，在高電壓條件下尤為顯著，當(dāng)施加電壓為17kV時，空管、單獨T12催化劑反應(yīng)器、氟改性催化劑反應(yīng)器對于甲苯降解率分別為25.4%,62.3%和67.1%。
[0030]實施例2
[0031](I)催化材料預(yù)處理，取納米級T12和鐵電體粉體材料，分別置于兩個燒杯中，先后分別用去離子水和鹽酸溶液超聲分散1.5h，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；
[0032](2)將步驟(I)中預(yù)處理后的粉末材料分別置于兩個研缽中反復(fù)研磨；
[0033](3)稱取一定量步驟(2)中的兩種材料于工業(yè)硅溶膠溶液中超聲攪拌lh，其中納米級T12和鐵電體材料質(zhì)量配比為50%:50% ；
[0034](4)將與催化材料按質(zhì)量比為1.5%的含氟化合物加入步驟(3)的溶液中，超聲攪拌 1.5h ；
[0035](5)將Y-Al2O3載體先用鹽酸溶液清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用去離子水洗至中性，后將其于105°C下干燥后置于干燥器中備用；
[0036](6)稱取與催化材料質(zhì)量比為15:1的步驟(5)中γ-Al2O3置于步驟(4)中的溶液，邊攪拌邊超聲0.5h，在105°C下烘干后置于馬弗爐中200°C條件下焙燒0.5h，500°C條件下焙燒3h。
[0037]制備出的氟改性催化劑反應(yīng)器對于甲苯的降解率明顯高于空管以及單獨1102催化劑反應(yīng)器，在高電壓條件下尤為顯著，當(dāng)施加電壓為17kV時，空管、單獨T12催化劑反應(yīng)器、氟改性催化劑反應(yīng)器對于甲苯降解率分別為25.4%,62.3%和69.2%。
[0038]實施例3
[0039](I)催化材料預(yù)處理，取納米級T12和鐵電體粉體材料，分別置于兩個燒杯中，先后分別用去離子水和鹽酸溶液超聲分散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；
[0040](2)將步驟(I)中預(yù)處理后的粉末材料分別置于兩個研缽中反復(fù)研磨；
[0041](3)稱取一定量步驟(2)中的兩種材料于工業(yè)硅溶膠溶液中超聲攪拌2h，其中納米級T12和鐵電體材料質(zhì)量配比為30%:70% ；
[0042](4)將與催化材料按質(zhì)量比為3%的含氟化合物加入步驟(3)的溶液中，超聲攪拌2h ；
[0043](5)將Y-Al2O3載體先用鹽酸溶液清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用去離子水洗至中性，后將其于105°C下干燥后置于干燥器中備用；
[0044](6)稱取與催化材料質(zhì)量比為15:1的步驟(5)中γ-Al2O3置于步驟(4)中的溶液，邊攪拌邊超聲2h，在105°C下烘干后置于馬弗爐中300°C條件下焙燒2h，600°C條件下焙燒4h。
[0045]制備出的氟改性催化劑反應(yīng)器對于甲苯的降解率明顯高于空管以及單獨1102催化劑反應(yīng)器，在高電壓條件下尤為顯著，當(dāng)施加電壓為17kV時，空管、單獨T12催化劑反應(yīng)器、氟改性催化劑反應(yīng)器對于甲苯降解率分別為25.4%,62.3%和72.8%。
【主權(quán)項】
1.一種氟改性低溫等離子體催化劑的制備方法，其特征在于，步驟如下: (1)催化材料預(yù)處理，取納米級T12和鐵電體粉體材料，分別置于兩個燒杯中，先后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)將步驟(I)中預(yù)處理后的粉末材料分別置于兩個研缽中反復(fù)研磨； (3)稱取一定量步驟(2)中的兩種材料于工業(yè)硅溶膠溶液中超聲攪拌0.5?2h，其中納米級T12和鐵電體材料質(zhì)量配比為50%?10%:50%?90% ； (4)將與催化材料質(zhì)量比為0.75%?3%的含氟化合物加入步驟(3)的溶液中，超聲攪拌0.5?2h ; (5)將γ_Α1203載體先用鹽酸溶液清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用去離子水洗至中性，后將其于105°C下干燥后置于干燥器中備用； (6)稱取與催化材料質(zhì)量比為15:1的步驟(5)中γ-Α1203置于步驟(4)中的溶液，邊攪拌邊超聲0.5?2h，在105°C下烘干后置于馬弗爐中200?300°C條件下焙燒0.5?2h，400?600 °C條件下焙燒2?4h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:Ti02粉末材料和鐵電體粉末材料粒徑均為 30 ?70nm，γ -Al2O3載體直徑為 4 ?6mm，BET 為 200 ?300m Vg0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:鐵電體材料為鈦酸鋇、鈦酸鍶或鈦酸鉛；含氟化合物為氟化銨、氟化鈉、氟化鈣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:納米級T12和鐵電體材料質(zhì)量配比為30%:70%。
【專利摘要】一種氟改性低溫等離子體催化劑的制備方法，屬于等離子體催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，用于揮發(fā)性有機污染物的去除。催化材料預(yù)處理后的研磨；于工業(yè)硅溶膠溶液中超聲攪拌0.5～2h，其中納米級TiO2和鐵電體材料質(zhì)量配比為50％～10％：50％～90％；將含氟化合物加入溶液中，超聲攪拌0.5～2h；將γ‐Al2O3清洗干燥后置于溶液中，邊攪拌邊超聲0.5～2h，在105℃下烘干后置于馬弗爐中200～300℃條件下焙燒0.5～2h，400～600℃條件下焙燒2～4h。本發(fā)明操作簡單、環(huán)境友好。本發(fā)明使用硅溶膠溶液作為粘合劑和分散劑可以使催化劑較均勻的分散在載體表面，用含氟化合物對催化材料進行改性，有利于催化反應(yīng)的發(fā)生和污染物催化效率的提高。
【IPC分類】B01J27-138, A62D3-30, A62D101-20, B01J27-135
【公開號】CN104607215
【申請?zhí)枴緾N201510012164
【發(fā)明人】梁文俊, 王愛華, 李堅, 樊星, 何洪
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月11日