[发明专利]多氯代芳香烃低温催化燃烧消除的方法及催化剂

说明书

技术领域

本发明属于催化燃烧环保技术领域，特别涉及到一种用于多氯代芳香烃低温催化燃烧消除的方法及所用催化剂。

背景技术

多氯代芳香烃有机污染物广泛地存在于工业废气、垃圾焚烧废气、电厂废气中，其中多氯二苯并对二恶英(PCDD)和多氯二联苯呋喃(PCDF)属于高毒性的、致癌的、对生物系统会造成持久的、积累性影响的持久性有机污染物。因此，现在很多国家针对PCDD/PCDF的排放制定了严格的环境法规。由于这些排放过程都是关乎国计民生的工业过程，大量多氯代芳香烃的排放不可避免，因此，从源头上消除污染伤不具备可能性。而采用后处理的方法消除多氯代芳香烃所带来的污染成为唯一可行的途径和方法。

目前关于氯代挥发性有机物（VOCs）综合治理的方法很多，包括热力燃烧、催化燃烧、吸附等。催化燃烧具备操作温度低(250℃-550℃)、消除污染物浓度宽、产物(CO₂、HCl和H₂O)选择性高等特点。因此，催化燃烧在消除易挥发性有机化合物方面得到了广泛的应用。

多氯代芳香烃如二氯代苯、二噁英主要产生于垃圾焚烧过程中。由于此类物种的剧毒性，所以在实验条件下一般采用一氯苯、二氯苯以及氯苯酚等前驱体作为模型分子进行催化剂的筛选和考察。

用于氯代挥发性有机物（VOCs）催化燃烧主要集中在三种类型的催化剂：贵金属催化剂、固体酸催化剂、过渡金属氧化物催化剂。贵金属催化剂存在价格相对昂贵、氯代活性高（易产生毒性更大的多氯代副产物）、易生成氧氯化合物而中毒、在高温区容易因为贵金属的流失而中毒等问题，使得贵金属催化剂的应用受到限制。其他类型的催化剂如过渡金属催化剂和固体酸催化剂虽有一些应用，终究因活性低或副产物多而没有得到广泛的推广。

目前用于氯代芳香烃催化燃烧的催化剂主要是V₂O₅-TiO₂-基催化剂、TiO₂修饰的Fe₃O₄催化剂、CaCO₃/-Fe₂O₃、Fe-Ca-Ox/TiO₂等。但是，这些催化剂都存在自身的缺陷，如活性最好的V₂O₅-TiO₂-基催化剂中V₂O₅具有毒性，容易造成二次污染，限制了它的应用；CaCO₃/-Fe₂O₃催化剂在有水的反应气氛中容易失活。因此，开发高效、稳定、价格低廉、环保的催化剂是仍具有重要的意义。

在催化氧化反应中Co₃O₄得到了较多的关注。目前有很多关于其他金属修饰的Co₃O₄催化剂的研究，包括Fe、Mn、Cu、Ni、Cr、Bi等元素。其中MnxCo₃-xO₄催化剂价格低廉、环境友好、并且对于VOC（甲烷、正己烷、甲醛等）的催化燃烧表现出了较好的催化氧化活性。目前没有关于MnxCo₃-xO₄催化剂用于多氯代芳烃催化燃烧的报道。

发明内容

本发明的目的在于公开一种用于多氯代芳香烃低温催化燃烧的催化剂，催化剂活性高、抗氯中毒能力强、催化寿命长、副产物少，特别适用于低温催化消除含多氯的芳香烃。

本发明的第一方面是一种用于多氯代芳香烃低温催化燃烧消除的催化剂，其为Fe、Ni、Cr、Bi或Mn掺杂四氧化三钴。

优选地，本发明催化剂为锰掺杂四氧化三钴，其中摩尔比Co/Mn=11:1～1:1。

优选地，本发明催化剂采用直接焙烧法、共沉淀法、水热合成法或柠檬酸络合法将锰物种掺杂到四氧化三钴尖晶石结构中得到，其中摩尔比Co/Mn=9:1～5:1。

优选地，本发明催化剂的所述共沉淀法中，以碳酸钠或碳酸钾为共沉淀剂滴加到所述前驱体硝酸钴与硝酸锰的混合水溶液中形成沉淀，沉淀物经450-550℃焙烧得到锰掺杂四氧化三钴。

本发明的第二方面是一种多氯代芳香烃低温催化燃烧消除的方法，其以本发明的催化剂作为催化燃烧用催化剂。

优选地，本发明方法包括：在所述催化剂存在下，以空气为氧化剂，使废弃物中的多氯代芳香烃燃烧，燃烧温度为170-450℃。

优选地，本发明方法中燃烧温度为250-350℃。