[发明专利]一种双金属整体式等离子体催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于等离子体催化技术领域，具体涉及一种双金属整体式等离子体催化剂材料及其制备方法，可用于挥发性有机污染物的去除。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)作为大气污染的主要污染物之一，成分复杂且种类繁多，是城市光化学烟雾前体物，不仅严重威胁人类生存环境，也给人类身体健康造成巨大的危害。我国十三五规划纲要明确提出将VOCs纳入总量控制指标，强化了国家及地方VOCs控制。传统VOCs的处理方法，如催化氧化法、吸收法、吸附法、光催化氧化法、膜分离法、等离子体法等，均存在处理效率低、能耗大、工艺复杂、运行成本高和产生二次污染等不同程度的缺点，为了克服上述不足，近年来，低温等离子体协同催化剂去除VOCs技术受到越来越多学者的关注。

低温等离子体催化剂的研究较多，如中国专利CN103785390A、CN104607172A、ZL200710009641和ZL011805477.3，将催化剂材料引入等离子体场中，提高去除效果，但专利中的载体均为粉末状，这不利于推广工业化；中国专利CN105478136A公开了用SiC作为载体，引入贵金属Ag、Pt、Pd等为主活性组分，过渡金属Mn、Co、Ni等为助催化组分，但由于所用贵金属成本较高，且易中毒失活，不利于工程实际中的应用，为克服现有技术的不足，本发明采用堇青石陶瓷作为载体，引入过渡金属和稀土金属双活性组分，进一步推进等温等离子体催化剂的工业化应用。

发明内容

本发明目的在于提出一种操作简单，原料廉价，制备条件温和，过程无污染，且易于推广产业化和市场化的新型环保等离子体催化剂。

本发明提出一种双金属整体式等离子体催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)堇青石蜂窝陶瓷载体的预处理；取人工截切打磨成圆柱体的堇青石蜂窝陶瓷载体，用去离子水清洗干净，烘干；放到正煮沸腾的草酸溶液中酸洗，去离子水冲洗至中性，烘干；将上述堇青石蜂窝陶瓷载体放于硅胶溶液中浸渍，吹去堇青石蜂窝陶瓷载体孔道中的多余硅胶溶液，烘干；马弗炉中180℃焙烧1h，400℃-600℃焙烧3h；

(2)前躯体浆液的制备：将一定量的过渡金属前躯体盐、稀土金属前躯体盐和γ-Al₂O₃粉末溶于去离子水中，加热超声搅拌，制得前躯体浆液；其中，过渡金属元素质量为γ-Al₂O₃粉末的5％-10％，稀土金属元素质量为γ-Al₂O₃粉末的0.5％-3％；

(3)过量浸渍法制备催化剂：将步骤(1)预处理后的堇青石蜂窝陶瓷载体置于步骤(2)中制得的前躯体浆液中，加热超声搅拌，吹去孔道中多余的浆液，烘干，马弗炉中180℃焙烧1h，400℃-600℃焙烧3h。

优选地，所述堇青石蜂窝陶瓷载体目数为400目。

优选地，所述草酸溶液的质量分数为20％。

优选地，硅胶溶液为工业硅胶溶液(氧化硅质量百分含量20％-50％)。

优选地，堇青石蜂窝陶瓷载体放于过量的工业硅胶溶液中浸渍时间为20min。

优选地，步骤(1)和(3)中，焙烧温度均为500℃焙烧3h。

优选地，步骤(1)和(3)中，烘干均指烘箱110℃烘干2h。

优选地，过渡金属元素质量为γ-Al₂O₃粉末的7.5％。

优选地，过渡金属前躯体盐、稀土金属前躯体盐分别为乙酸锰、硝酸铈或硝酸镧。

所得整体式双金属整体式等离子体催化剂放于等离子体区域中，常温常压下用于挥发性有机污染物的去除，如甲苯，同时也较好地满足了工业上对材料低压力降和高机械强度的要求。

本发明优点在于：

1.本发明在制备过程中使用水作为溶剂，无环境污染；

2.使用硅胶溶液作为粘合剂和分散剂，采用过量浸渍法，可以使活性组分较均匀的分散在载体表面，有利于污染物降解效率的提高。可以使活性组分较均匀的分散在载体表面，有利于污染物降解效率的提高。

3.本发明制得的蜂窝状的整体式催化剂，在一定程度上解决了反应器阻力大的问题，易于工业化应用。

4.催化剂的活性组分原料较廉价易得，成本低，且双金属催化剂使VOCs降解更彻底。

附图说明

图1为堇青石蜂窝陶瓷载体的SEM图。