[发明专利]一种脱除低浓度大流量的VOCs的方法及其改性催化剂

说明书

技术领域

本发明属于挥发性有机气体(VOCs)脱除技术领域，具体涉及一种低温等离子体协同催化处理VOCs的工艺。

背景技术

近几年，我国多个城市出现了大范围的雾霾天气，而且持续时间较长，雾霾实质就是大气气溶胶的浓度处于较高水平。而大气气溶胶中有机气溶胶又是主要成分之一，在雾霾严重的地区有机气溶胶一般占PM₁₀和PM_2.5质量的 20-60％。而形成有机气溶胶的重要前驱物就是挥发性有机物。就目前的情况来看，我国典型行业VOCs排放对环境污染非常严重，且有持续增长的趋势，因此对VOCs的排放控制不容缓。

一般VOCs的控制技术分为过程控制和末端治理两大类，但是由于目前科学技术水平的局限，过程控制有时难以实现，就必须采用末端治理技术，而现在使用的大多数处理技术都是末端治理，主要包括吸收法、吸附法、冷凝法、燃烧法、催化氧化法、生物法等。最近几十年关于等离子体协同技术研究的比较多，很多学者发现在实际应用中，与传统净化技术相比较低温等离子体催化技术具有以下优点：常温反应无需加热，使用便利，而且极大地节约了能源。

单独使用等离子体去除有机废气，经常会碰到能耗高和副产物难以控制的问题；如果仅仅使用其他传统技术去除有机废气又常常受到浓度、二次污染以及费用高的限制。根据之前学者们的实验研究，证明等了离子体与传统技术联合使用可产生明显的协同作用。主要有等离子体结合吸附法、等离子体结合催化剂法、等离子体结合生物法等，其中关于等离子体与吸附剂相结合的技术研究比较深入。主要涉及吸附剂种类、吸附剂的改性，浓度、电压等对协同净化技术的影响，并进一步研究了如何抑制副产物的产生。

例如王向前于2015年发表的名为“介质阻挡放电耦合生物滴滤净化多组分VOCs的关键技术及工艺研究”中对现有的各种VOCS处理方法进行了探讨，总结出如表1所示的等离子体技术研究进展，可见，现有技术可以实现污染物的100％去除，但是其相应的CO₂选择性仅为80-85％，并未达到完全矿化水平，虽然利用过渡金属催化剂可以提高矿化率，但是反应器内部仍然存在炭黑颗粒等副产物的累积，即便结合Pt、Pd贵金属氧化铝减少炭黑颗粒，依然会产生气体副产物，面对现有技术存在的问题，王向前利用一种高效降解二甲苯的菌株，再结合介质阻挡放电实现VOCs的去除，该方法虽然效果好，但是操作较为复杂，需要生物菌株才得以实现。

表1介质阻挡放电技术及协同工艺处理VOC的研究

发明内容

为解决现有技术进行VOCs处理时转化率低，易产生副产物，操作复杂的问题，本发明提供了一种仅利用低温等离子体和改性催化剂两个步骤就可以脱除低浓度大流量VOCs的方法，该方法有效提高了VOCs的去除效率，降低了副产物的排放，减小了反应的能耗。

为实现本发明的技术目的，本发明一方面提供一种脱除低浓度大流量的 VOCs的方法，其特征在于，包括：

预先将水汽通入到内部设有固定在绝缘介质内的金属电极的低温等离子体反应器中，使所述反应器中产生足够的能与其他自由基发生反应形成稳定原子或分子的包含OH的活性粒子；

向所述产生了活性粒子的反应器中通入挥发性有机物，在高压电流作用下，所述挥发性有机物发生降解，产生包含CO₂、H₂O及副产物臭氧的混合物；

利用改性催化剂将所述混合物进行吸附和催化氧化，使所述混合物中的臭氧被吸附转化，挥发性有机物被去除。

其中，所述改性催化剂是经过炭化预处理并掺杂过渡金属改性后的蜂窝活性炭。

其中，所述水汽与挥发性有机物的重量份比为10-20:80-90。

优选地，所述水汽与挥发性有机物的重量份比为16:84。

其中，所述金属电极为不锈钢棒，所述绝缘介质为石英玻璃，所述低温等离子体反应器为线筒式介质阻挡反应器。

其中，所述产生高压电流的外加电压为16.8-18.0kV，放电功率为 140-155w。

优选地，所述产生高压电流的外加电压为17-17.5kV，放电功率为 140-150w

其中，所述改性催化剂为经过炭化预处理并掺杂过渡金属改性后的蜂窝活性炭。

其中，所述过渡金属在改性活性炭中的质量百分数为1-7％。

特别是，所述过渡金属为Mn。