專利名稱：一種脫除氣體中低濃度甲醛的催化劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種脫除氣體中低濃度甲醛的催化劑 及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
甲醛是一種典型的揮發(fā)性有機污染物(VOCs)，尤其在室內(nèi)空氣中。因甲醛具有強 烈的致癌和促癌作用，已被世界衛(wèi)生組織列為致癌和致畸形物質(zhì)，是公認的變態(tài)反應(yīng)源，也 是潛在的強致突變物之一。因此世界各國對室內(nèi)空氣中甲醛的濃度作出了非常嚴(yán)格的規(guī) 定，我國規(guī)定的居室空氣中甲醛濃度允許值是0. 08mg/m3。目前應(yīng)用于空氣凈化脫除甲醛的技術(shù)主要有催化氧化法、光催化法、吸附法等。光 催化法雖然可以在常溫常壓下進行，但對于低濃度的甲醛污染物(室內(nèi)空氣中其濃度一般 在每立方米微克級)，光催化脫除效果不佳(Chemical Engineering Science, 2003, 58 929-934)。催化氧化法難以在室溫條件下發(fā)生，一般需要較高的反應(yīng)溫度或貴金屬Pt催化 劑(Applied Catalysis B Environmental，2006，65 :37_43 ;2008，81 115-121)，或需等離 子體驅(qū)動(Journal of Physics D =Applied Physics，2006，39 :3603_3608)。吸附法一般 是利用活性炭、分子篩等大比表面的多孔材料對甲醛污染物進行吸附處理，具有能耗低、操 作簡便等優(yōu)點。但吸附法的主要缺點是，吸附劑受吸附容量的限制和空氣中水分子競爭吸 附的影響，會很快失效。另外，吸附法在本質(zhì)上只是將污染物轉(zhuǎn)移到吸附劑上，存在二次污 染的隱患。若能發(fā)明一種同時具備如下兩方面功能的催化劑一方面它可在寬的濕度范圍對 甲醛具有選擇存儲性能和高的存儲容量；另一方面該催化劑存儲飽和后可利用簡便易行的 方法進行在線再生(如空氣催化氧化)，則可解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種脫除氣體中低濃度甲醛的催化劑一方面它可在室溫條件下所 有濕度范圍對甲醛具有選擇存儲性能和高的存儲容量；另一方面該催化劑存儲飽和后，通 入臭氧或在含O2氣氛中(如空氣)加熱或放電即可在線再生。催化劑再生過程中，存儲的 甲醛被完全氧化為二氧化碳，無二次污染。為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是以Ag、Co、Fe、CU中至少兩種為催化劑的主要 活性組份，采用浸漬法或離子交換法將活性組份負載于HZSM-5型分子篩載體上，烘干后再 經(jīng)300°C-600°C焙燒2-3小時，即得該催化劑。該催化劑活性組份的重量百分比為1_20%。本發(fā)明所述催化劑裝填于可通入臭氧、可控溫加熱或可發(fā)生介質(zhì)阻擋放電的反應(yīng) 器中，應(yīng)用于交替運行的存儲和再生兩個階段。在存儲階段，含甲醛污染物的氣體流經(jīng)上述反應(yīng)器的催化劑床層，氣流中甲醛污 染物存儲在催化劑上；甲醛污染物在催化劑上存儲量接近或達到飽和時，轉(zhuǎn)入再生階段；在再生階段，通入臭氧使存儲在該催化劑上的甲醛全部催化氧化為二氧化碳和水；或通入含O2氣體，將催化劑升溫至iocrc -30(rc或施加交流高壓進行介質(zhì)阻擋放電，使 存儲在該催化劑上的甲醛全部催化氧化為二氧化碳和水。催化劑從而得到再生。再生階段 通入的含氧氣體中O2含量為20-100%?？諝饪芍苯幼鳛樵偕A段的含氧氣體。本發(fā)明的效果和益處是，所提供的一種對甲醛具有存儲功能與催化氧化功能的催 化劑，不僅可在室溫條件下所有濕度范圍對甲醛具有選擇存儲性能和高的存儲容量，而且 可通過臭氧或在含O2氣氛中(如空氣)加熱或放電實現(xiàn)在線再生，從而循環(huán)利用。該催化 劑上存儲的甲醛在再生階段被完全氧化為二氧化碳和水，不產(chǎn)生二次污染。該催化劑的存 儲周期遠大于再生周期，故其運行的能耗很低。因此，該催化劑非常適用于脫除氣體中低濃 度甲醛，尤其適用于脫除室內(nèi)空氣中甲醛污染物。
具體實施例方式實施例1 將HZSM-5 (記為HZ，下同)粉體600°C焙燒3小時，并經(jīng)壓片、破碎和過 篩，獲得20-40目粒度大小。一個可發(fā)生介質(zhì)阻擋放電的反應(yīng)器直徑3mm的不銹鋼高壓電極位于內(nèi)徑8mm、壁 厚Imm的石英玻璃管的軸心，高度為3mm的不銹鋼網(wǎng)緊密纏繞在石英玻璃管的外壁作為接 地電極。將1. 5ml 20-40目的HZ顆粒填充于石英管和不銹鋼高壓電極之間的放電區(qū)域。常 溫常壓下，甲醛濃度為24. 4ppm、含水量為25°C時50%相對濕度的模擬空氣，以300ml/min 的流量通過HZ催化劑床層，甲醛存儲在HZ催化劑上。40分鐘后，甲醛分子開始穿透HZ催 化劑床層，存儲達到飽和。該條件下的甲醛穿透存儲量為0.38mg。隨后轉(zhuǎn)入再生階段流 量為60ml/min的氧氣流經(jīng)存儲有甲醛的HZ催化劑，并施加頻率為2kHz的交流高壓使該反 應(yīng)器發(fā)生介質(zhì)阻擋放電(放電功率為2. 3W)，對HZ催化劑進行再生。放電5分鐘后，存儲在 HZ催化劑上的甲醛的87%轉(zhuǎn)化為CO2,13%轉(zhuǎn)化為CO。實施例2 將HZ粉體600°C焙燒3小時后，倒入硝酸銀和硝酸銅的混合溶液中。HZ 分子篩載體在該溶液中浸漬12小時后，120°C烘干，60(TC焙燒3小時。然后壓片、破碎和過 篩，得到20-40目的AgCu/HZ催化劑顆粒。該催化劑中Ag和Cu負載量的重量百分比分別 為 3. 6%和 2. 1%。將1. 5ml 20-40目的AgCu/HZ催化劑顆粒裝填于實施例1所述的可發(fā)生介質(zhì)阻擋 放電反應(yīng)器的放電區(qū)域。常溫常壓下，甲醛濃度為26. 2ppm、含水量為25°C時50%相對濕 度的模擬空氣，以300ml/min的流量通過AgCu/HZ催化劑床層，甲醛存儲在AgCu/HZ催化劑 上。165分鐘后，甲醛分子開始穿透AgCu/HZ催化劑床層，存儲達到飽和。該條件下的甲醛 穿透存儲量為1.7mg。隨后轉(zhuǎn)入再生階段將流量為60 ml/min的氧氣流經(jīng)存儲有甲醛的 AgCu/HZ催化劑，并施加頻率為2kHz的交流高壓使該反應(yīng)器發(fā)生介質(zhì)阻擋放電(放電功率 為2. 3W)，對AgCu/HZ催化劑進行再生。放電10分鐘后，存儲在AgCu/HZ催化劑上的甲醛被 完全氧化為CO2和H2O,幾乎沒有CO生成。實施例3 將1. 5ml實施例2制得的AgCu/HZ催化劑裝填于實施例1所述的可發(fā)生 介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的放電區(qū)域。常溫常壓下，甲醛濃度為26. 6ppm、含水量為25°C時93% 相對濕度的模擬空氣，以300ml/min的流量通過AgCu/HZ催化劑床層，甲醛存儲在AgCu/HZ 催化劑上。168分鐘后，甲醛分子開始穿透AgCu/HZ催化劑床層，存儲達到飽和。該條件下 的甲醛穿透存儲量為1. Smg0隨后轉(zhuǎn)入再生階段將流量為60ml/min的氧氣流經(jīng)存儲有甲醛的AgCu/HZ催化劑，并施加頻率為2kHz的交流高壓使該反應(yīng)器發(fā)生介質(zhì)阻擋放電(放電 功率為2. 3W)，對AgCu/HZ催化劑進行再生。放電10分鐘后，存儲在AgCu/HZ催化劑上的甲 醛被完全氧化為CO2和H2O,幾乎沒有CO生成。 實施例4 將1. 5ml實施例2制得的AgCu/HZ催化劑裝填于內(nèi)徑為8mm、壁厚為Imm 的石英管反應(yīng)器中。常溫常壓下，甲醛濃度為24. 5ppm、含水量為25°C時36%相對濕度的模 擬空氣，以410ml/min的流量通過AgCu/HZ催化劑床層，甲醛存儲在AgCu/HZ催化劑上。存 儲階段運行67分鐘后，轉(zhuǎn)入再生階段將流量為60ml/min的氧氣流經(jīng)存儲有甲醛的AgCu/ HZ催化劑，并以10°C /min的升溫速率對該催化劑進行加熱再生。其程序升溫氧化實驗結(jié) 果表明，產(chǎn)物CO2的生成速率約在135°C出現(xiàn)峰值，且再生過程沒有其它副產(chǎn)物生成。
權(quán)利要求
1.一種脫除氣體中低濃度甲醛的催化劑及其應(yīng)用，其特征是本發(fā)明的技術(shù)方案是以 Ag、Co、Fe、Cu中至少兩種為催化劑的主要活性組份，采用浸漬法或離子交換法將活性組份 負載于HZSM-5型分子篩載體上，烘干后再經(jīng)300°C -600°C焙燒2_3小時，即得該催化劑；該 催化劑活性組份的重量百分比為1_20%。
2.權(quán)利要求1所述催化劑的應(yīng)用，其特征是將該催化劑裝填于可通入臭氧、可控溫加 熱或可發(fā)生介質(zhì)阻擋放電的反應(yīng)器中，應(yīng)用于交替運行的存儲和再生兩個階段；在存儲階段，含甲醛污染物的氣體流經(jīng)上述反應(yīng)器的催化劑床層，甲醛污染物在催化 劑上存儲量接近或達到飽和時，轉(zhuǎn)入再生階段；在再生階段，通入臭氧使存儲在該催化劑上的甲醛全部催化氧化為二氧化碳和水；或 通入含02氣體將催化劑升溫至10(TC -30(TC或施加交流高壓進行介質(zhì)阻擋放電，使存儲在 該催化劑上的甲醛全部催化氧化為二氧化碳和水。含氧氣體中02含量為20-100%?？諝?可直接作為再生階段的含氧氣體。
全文摘要
本發(fā)明屬于氣體凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種脫除氣體中低濃度甲醛的催化劑和應(yīng)用。其特征是以Ag、Co、Fe、Cu中至少兩種為催化劑的主要活性組份，并負載于HZSM-5型分子篩載體上。該催化劑活性組份的重量百分比為1-20％。將該催化劑裝填于可通入臭氧、可控溫加熱或可發(fā)生介質(zhì)阻擋放電的反應(yīng)器中，應(yīng)用于交替運行的存儲和再生兩個階段，在存儲階段氣體中低濃度甲醛先存儲在該催化劑上，在再生階段通入臭氧或通入含氧氣體進行加熱或發(fā)生介質(zhì)阻擋放電，使存儲在該催化劑上的甲醛全部氧化為二氧化碳和水。再生階段通入的含氧氣體中O2含量為20-100％，空氣可直接作為再生階段的含氧氣體。本發(fā)明的效果和益處是，所提供的一種對甲醛具有選擇存儲功能與催化氧化功能的催化劑，具備低能耗和無二次污染的優(yōu)點，非常適用于脫除氣體中低濃度甲醛，尤其適用于脫除室內(nèi)空氣中甲醛污染物。
文檔編號B01J29/46GK102000603SQ20101052856
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者朱愛民, 李小松, 石川, 趙德志 申請人:大連理工大學(xué)