分解揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑及方法
【專利說明】分解揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑及方法
[0001]本申請(qǐng)為申請(qǐng)日為2009年12月21日、申請(qǐng)?zhí)枮?00910261911.9，發(fā)明名稱為“分解揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑及方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明是涉及一種催化劑，特別是涉及一種分解揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑及方法。
【背景技術(shù)】
[0003]空氣污染嚴(yán)重危害人體健康以及環(huán)境。為減少污染物危害，歐盟設(shè)定2020年的減量目標(biāo):例如 S02、N0x、V0Cs、氨、PM2.5 分別應(yīng)較 2000 年減少 82% ,60% ,51 % ,27% ,59% ο征收空污費(fèi)是臺(tái)灣的污染物減量策略之一?；赩OCs的危害性，環(huán)保署自2006年開征VOCs空污費(fèi)，且計(jì)劃在2010年開始提高費(fèi)率，估計(jì)將自原本每公斤12元提高到25?30元。
[0004]根據(jù)2003年統(tǒng)計(jì)資料，臺(tái)灣每年排放到大氣中的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)(VolatileOrganic Compounds, VOCs)超過864，000公噸。研宄指出，以焚化法處理低濃度大風(fēng)量VOCs的難度、所消耗能源及衍生排放的0)2均極高。因此，目前已有許多節(jié)能設(shè)計(jì)被開發(fā)出來，例如，半導(dǎo)體業(yè)者多數(shù)以疏水性沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮VOCs，之后將小風(fēng)量高濃度VOCs進(jìn)行直接高溫焚化處理或蓄熱式焚化處理。然而，即使選擇蓄熱式焚化仍需使用燃料。根據(jù)TSIA統(tǒng)計(jì)資料，目前臺(tái)灣前十大半導(dǎo)體業(yè)者的瓦斯使用量約26，530，OOOm3/年，費(fèi)用約3.9億元/年(以14.65元/m3計(jì)算)，二氧化碳排放量達(dá)到55，700噸/年。在節(jié)能及暖化議題日益高張之際，業(yè)者對(duì)于低能源成本、低碳排放的廢氣處理技術(shù)的需求隨之日益迫切。
[0005]中國臺(tái)灣專利1255324揭露一種有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)及方法，利用濃縮轉(zhuǎn)輪吸附以脫附出濃縮的有機(jī)廢氣，并透過等離子體火炬直接高溫?zé)峤獠⒀杆傺趸瘽饪s廢氣。此外，更利用等離子體火炬所產(chǎn)生的熱能預(yù)熱欲進(jìn)氣處理的濃縮廢氣的溫度并提供濃縮轉(zhuǎn)輪脫附再生的熱源。
[0006]中國臺(tái)灣專利M320434揭露一種高效能濃縮器搭配高級(jí)氧化技術(shù)處理有機(jī)廢氣的凈化裝置，其設(shè)置一高級(jí)氧化處理單元于廢氣濃縮器脫附處理部的下游端，以氧化處理廢氣濃縮器所濃縮的有機(jī)物質(zhì)。
[0007]然而，無論利用等離子體或高級(jí)氧化仍需使用能源，其降低運(yùn)作成本的效果有限，無法真正解決問題。
[0008]催化劑焚化明確的節(jié)約能源特性顯示其為具潛力的VOCs處理技術(shù)。用于完全氧化VOCs的催化劑大致可分為兩類:鉑或鈀等貴重金屬及鉻、鈷、銅、鎳和錳等過渡金屬氧化物。許多專利和文獻(xiàn)指出低溫催化氧化VOCs極具潛力。
[0009]美國專利第4，304，761揭露甲醇廢氣通過銀催化劑的氧化方法。銀在相對(duì)較低的反應(yīng)溫度使甲醇高比例轉(zhuǎn)化為二氧化碳。然而，鉑和鈀則產(chǎn)生大量的醛類副產(chǎn)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種能有效地降低能源消耗和二氧化碳排放量的分解揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑，及使用該催化劑分解揮發(fā)性有機(jī)物的方法
[0011]本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種分解揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑，包括:一中孔洞材料；以及一銀金屬，擔(dān)載于該中孔洞材料。
[0012]本發(fā)明的一實(shí)施方式，本發(fā)明催化劑還可包括一過渡金屬氧化物，擔(dān)載于該中孔洞材料。
[0013]本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種分解揮發(fā)性有機(jī)物的方法，包括:提供一含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體；以及使該含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體與上述的催化劑接觸，使該含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體分解而氧化為二氧化碳與水。
[0014]銀金屬表面易吸附氧而具有氧化特質(zhì)，而過渡金屬氧化物也具有吸附氧及進(jìn)一步提供氧給銀而促進(jìn)VOCs的完全氧化的能力。本發(fā)明乃基于此一特性，設(shè)計(jì)制作出一以銀金屬及過渡金屬氧化物擔(dān)載于中孔洞的催化劑材料，可將VOCs分解并氧化為二氧化碳及水的催化劑。值得注意的是，在此催化劑存在下的氧化反應(yīng)可于低溫條件下進(jìn)行，有效解決了傳統(tǒng)高溫焚化的耗能及衍生的二氧化碳排放的問題。
[0015]為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，作詳細(xì)說明如下:
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1制得的銀/SBA-15的XRD圖譜；
[0017]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例4中利用銀/氧化鐵/SBA-15催化劑的丙酮?dú)怏w去除效率;
[0018]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例6中利用銀/氧化鈰/SBA-15催化劑的異丙醇?xì)怏w去除效率。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種分解揮發(fā)性有機(jī)物的催化劑，包括一中孔洞材料，以及一銀金屬，擔(dān)載于中孔洞材料。
[0020]本發(fā)明的一實(shí)施方式，本發(fā)明催化劑還包括一過渡金屬氧化物，擔(dān)載于中孔洞材料。
[0021]上述中孔洞材料可為氧化硅、氧化鋁或硅鋁氧化物，例如SBA-15。中孔洞材料孔徑大體介于2?50nm，比表面積介于600?1，000m2/g。銀金屬或/和過渡金屬氧化物納米粒子被擔(dān)載在中孔洞材料的表面和孔道。上述過渡金屬氧化物可包括氧化鉻、氧化鈷、氧化鈰、氧化鎳、氧化鐵、氧化鎂、氧化錳或其組合。
[0022]銀金屬的平均粒徑大體介于2?50nm。銀金屬于催化劑中的重量百分比大體介于I?30wt%。過渡金屬氧化物的平均粒徑大體介于2?50nm。過渡金屬氧化物于催化劑中的重量百分比大體介于I?30wt%。
[0023]本發(fā)明催化劑可將上述中孔洞材料通過含浸、離子交換或沉積-沉淀等方法將銀金屬或/和過渡金屬氧化物納米粒子擔(dān)載于中孔洞材料而形成。期間(或者使用前)對(duì)該催化劑進(jìn)行一熱處理，即經(jīng)過一溫度介于100?800°C歷時(shí)數(shù)小時(shí)的熱處理程序。
[0024]本發(fā)明催化劑可進(jìn)一步擔(dān)載于一蜂巢狀載體，該蜂巢狀載體的材料可以是氧化鋁、氧化硅、硅鋁氧化物、金屬或金屬氧化物。
[0025]本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種分解揮發(fā)性有機(jī)物的方法，包括下列步驟。首先，提供一含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體。之后，使含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體與上述的催化劑接觸，使含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體分解而氧化為二氧化碳與水。
[0026]上述含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體可為引擎排放氣體、有機(jī)溶劑揮發(fā)氣體或受污染空氣，而氣體中的揮發(fā)性有機(jī)物可包括烷類、烯類、芳香族類、酮類、醚類、醇類、有機(jī)酸類、胺類或其混合物，例如常見于半導(dǎo)體及光電產(chǎn)業(yè)排氣的異丙醇(IPA)、丙酮(acetone)、丙二醇甲釀(Propylene glycol monomethyl ether, PGME)或丙二醇單甲基釀醋酸醋(Propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)等。
[0027]上述含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體與催化劑接觸的溫度可低于300°C，例如100?300 °C。另含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體與催化劑粒子接觸的空間速度大體介于3，000?200，OOOhr-1?此外，含揮發(fā)性有機(jī)物的氣體與上述擔(dān)載催化劑的蜂巢狀載體接觸的空間速度大體介于I, 000?20, OOOhr 1O
[0028]銀表面很容易吸附氧而形成氧化催化劑。根據(jù)此特性，本發(fā)明提供了一種催化劑，包括一中孔洞材料，擔(dān)載銀或/和過渡金屬氧化物，可將揮發(fā)性有機(jī)物完全氧化成二氧化碳和水。具體來說，在此催化劑作用下，VOCs氧化可在低溫下進(jìn)行，能有效地降低能源消耗和二氧化碳排放量。
[0029]【實(shí)施例1】本發(fā)明催化劑的制備(I)
[0030]利用共沉淀原理，在制備SBA-15的過程中，首先加入表面活性劑形成中孔洞模板，接著，加入金屬前驅(qū)物，之后，加入硅源，以形成擔(dān)載銀的中孔洞氧化硅。
[0031]詳細(xì)制備方法說明如下:加入表面活性劑P123與濃硝酸于去離子水中攪拌至完全溶解，其重量百分比為1:3:30。接著，加入重量為表面活性劑2倍的硝酸銀攪