專利名稱：一種油煙凈化催化劑及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及廚房油煙凈化技術領域，具體是指一種油煙凈化催化劑及其制備方法和應用。
背景技術：
餐飲業(yè)的油煙污染是一種嚴重的環(huán)境污染，長期困擾著許多城鎮(zhèn)的建設和發(fā)展。烹飪食品所產生的油煙成分比較復雜，一般的食用油和食品在高溫條件下會發(fā)生一系列復雜的變化，產生大量的熱氧化分解產物，其中部分分解產物以煙霧形式散發(fā)到空氣中，形成油煙。例如，食用油加熱到170℃就會出現初期分解的少量煙霧，隨著溫度繼續(xù)升高，分解速度加快，當溫度達到250℃時，會出現大量油煙。在食品烹調過程中，油煙的形成途徑主要為油脂以及食品本身所含脂質的熱氧化分解；食品中碳水化合物、蛋白質、氨基酸等發(fā)生米拉德反應；上述反應的中間或者最終產物之間相互作用的二次反應產物。油煙成分復雜，將油煙氣作氣相色譜—質譜分析，可以測出20多種成分，主要有醛、酮、烴、脂肪酸、醇、芳香族化合物、酯、內酯以及雜環(huán)化合物等。此外，油煙中還含有Bap、揮發(fā)性亞硝酸、雜環(huán)胺類化合物等致癌物質，如苯并[a]芘(Bap)、二苯并[a、h]蒽(DbahA)、苯并[a]蒽(BaA)、二苯并[a、b]蒽(DbabA)以及苯并[e]芘(Bep)等多種多環(huán)芳烴。中國居民素有高溫烹調的傳統習慣，烹調所產生的油煙污染十分嚴重。
傳統上的廚房油煙處理方法，一直集中在室內通風上，如廚房內設排氣扇、排油煙機等方法。良好的通風對減低污染是有效的，但是這種處理方式只是把廚房內產生的油煙不加處理的直接排到大氣中，而這些油煙仍會嚴重地污染環(huán)境并危害人體的健康。目前，國內、外的油煙處理技術主要有慣性分離、靜電沉積、過濾及洗滌等幾種。其中，慣性分離是通過氣流方向的改變使油霧顆粒靠慣性從氣流中分離，這一技術所需的設備簡單，壓降較小，但凈化效率不高，只適用于油煙預處理以及對油煙凈化效果要求不高的場合；靜電沉積則采用雙區(qū)電沉積或者沖洗雙區(qū)電除塵等方式，其原理是當油煙進入高壓電場時，油霧顆粒荷電在電場作用設備，這一技術的凈化效率高，壓降較小，但清洗設備的極板比較困難，日常維護十分復雜，而采用沖洗法時還存在廢液處理問題；過濾則有濾布過濾、纖維過濾等，其原理是當油煙通過過濾層時，通過動力捕集等作用將其除去，這一技術凈化效率高，運行可靠，壓降大，但單層的保護作用時間短；洗滌有文氏洗滌塔、噴淋塔等，它是通過氣液接觸使油煙從氣相向液相轉移，根據洗滌液的性質，可以同時去除油煙氣味，但這一技術對亞微米級的油煙顆粒物凈化效率低，而且也存在洗滌液的處理問題。不僅如此，上述各種技術都存在運行費用高以及二次污染等問題，使之長期難以推廣應用。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種油煙凈化催化劑及其制備方法和應用，利用該催化劑處理油煙，成本低廉，無二次污染，凈化效率高，凈化后的煙氣能達到國家嚴格的排放標準，即飲食業(yè)油煙排放標準(試行)(GWPB5-2000)。
本發(fā)明所述的一種油煙凈化催化劑，其特征是它由如下活性組分按照質量百分比組成CuO為5～25％，NiO為5～25％，CoO為5～25％，MnO2為4～25％，Cr2O3為2～6％，BaO為2～5％，Fe2O3為2～5％，CaO為2～5％，γ-Al2O3為10～40％。活性組分還可以包括稀土元素Ce、La的氧化物，其質量百分比為La2O3為0～10％，CeO為0～20％?；钚越M分也可以包括貴金屬元素Pt、Pd、Rh及Ru，其質量百分比為Pt為0～1％，Pd為0～1％，Rh為0～1％，Ru為0～1％。
本發(fā)明所述的一種油煙凈化催化劑的制備方法，其特征是它包括如下步驟及其工藝條件第一步 配料γ-Al2O3的用量為質量百分比γ-Al2O3/載體＝10～15％，其它活性組分的用量按照其與γ-Al2O3的相應配比換算。
第二步 配液分別用水將所需要的金屬硝酸鹽晶體和氧化鋁膠體完全溶解，然后將兩種溶液混合均勻，制得浸漬液。
第三步 浸漬及烘干將載體浸于浸漬液中，浸漬3～30分鐘后，置于干燥箱中，在100～200℃下烘干1～5小時。
為了使混合液中的活性組分更多更均勻地吸附在載體上，可以采用多次浸漬的方法，即可以在相同條件下多次重復上述浸漬、烘干過程。
第四步 焙燒將經過浸漬并且烘干后的載體置于高溫爐中，在300～600℃下焙燒1～5小時。
第五步 還原將載體置于還原裝置中，先用氮氣吹掃10～20分鐘，然后加熱至200～400℃，通入氫氣進行還原1～5小時，還原后使其自然冷卻，得到產品。
為避免發(fā)生爆炸，在載體自然冷卻后可以再通入氮氣吹掃還原裝置中的剩余氫氣。
本發(fā)明所述的一種油煙凈化催化劑應用于廚房油煙的催化凈化，凈化油煙的濃度范圍為10～1000mg/m3，凈化溫度為200～500℃，油煙氣空速為5000～25000/h。
本發(fā)明與現有技術相比，具有如下突出的優(yōu)點和效果1.采用本發(fā)明提供的催化劑凈化廚房油煙，凈化效率高。將本發(fā)明提供的催化劑應用于油煙凈化，處理后的油煙濃度達到或者超過了國家環(huán)境保護總局發(fā)布的飲食業(yè)油煙排放標準(環(huán)發(fā)47號)及飲食業(yè)油煙排放標準(試行)(GWPB5-2000)的最新要求，無二次污染，可以直接排放。本發(fā)明提供的催化劑對油煙的凈化效果，可以通過如下方式測定采用TH-880IV型微電腦煙塵平行采樣儀進行油煙采樣，以紅外光譜儀進行定量分析，用等速采樣法抽取油煙氣體，將油煙收集在油煙霧采集頭內，將收集了油煙的采集過濾心置于帶蓋聚四氟乙烯套筒中，用四氯化碳作溶劑進行超聲清洗，移入比色管中定容，用紅外光譜儀測定油煙的含量。油煙脫除效率測試結果如表1所示。表1
2.利用本發(fā)明提供的催化劑凈化廚房油煙，將有機廢氣污染物，即大部分有機化合物、氨、氰氫酸、一氧化碳等轉化為沒有二次污染的CO2和水，在200～500℃下的凈化效果就能符合嚴格的排放標準。催化凈化反應溫度低，不產生氮氧化物，使用安全性高，氧的濃度即使比較低，也可以完全氧化并且不受水蒸氣的影響。油煙氣體在通過本發(fā)明的催化劑的凈化處理效果如表2所示。表2
3.應用本發(fā)明提供的催化凈化處理油煙，所需設備結構緊湊，體積較小，系統工作噪聲低，設備壓降不高，運行維護方便并且費用較低，適合家庭以及中、小型餐廳使用，適用面寬。
具體實施方式
實施例一用蜂窩體陶瓷作載體(孔密度300個孔/cm2，壁薄0.2～0.25mm)，按照載體質量的10％取γ-Al2O3，并根據5％的CuO、5％的NiO、5％的CoO、25％的MnO2、2％的Cr2O3、2％的BaO、3％的Fe2O3、2％的CaO、40％的γ-Al2O3、10％的CeO和1％的Pd的質量百分比配料。按體積比為γ-Al2O3∶水＝1∶7的比例把γ-Al2O3完全溶解，同時用水把其余配料全部溶解，然后將兩種溶液混合均勻，制得浸漬液。將載體在浸漬液中浸漬3分鐘后，置于干燥箱中，在100℃下烘干1小時，重復兩次上述浸漬、烘干過程。隨后將載體置于高溫爐中在300℃下焙燒1小時。再將載體置于還原裝置中，先用氮氣吹掃10分鐘，然后加熱至200℃，通入1小時的氫氣進行還原，還原后使其自然冷卻，即得到本發(fā)明所述的一種油煙凈化催化劑。催化劑床層高度10厘米，床層壓降約200Pa。用電爐加熱盛有花生油的鐵鍋，至油沸騰。在油鍋的上方安裝帶有抽風機和催化劑的凈化器，催化劑體積為1.6升。流經催化劑的廢氣流量為65m3/hr，空速10000/h。無論排放濃度還是脫除效率均達到和超過國家最新標準。其具體數據如表3所示。表3
實施例二用蜂窩體陶瓷作載體，幾何表面積為27cm2·cm-3，按照載體質量的15％取γ-Al2O3，并根據15％的CuO、10％的NiO、25％的CoO、20％的MnO2、4％的Cr2O3、4％的BaO、4％的Fe2O3、3％的CaO和15％的γ-Al2O3的質量百分比配料。按體積比為γ-Al2O3∶水＝1∶10的比例把γ-Al2O3完全溶解，同時用水把其余配料全部溶解，然后將兩種溶液混合均勻，制得浸漬液。將載體在浸漬液中浸漬30分鐘后，置于干燥箱中，在200℃下烘干5小時，重復三次上述浸漬、烘干過程。隨后將載體置于高溫爐中在600℃下焙燒5小時。再將載體置于還原裝置中，先用氮氣吹掃20分鐘，然后加熱至400℃，通入5小時的氫氣進行還原，還原后使其自然冷卻，再通入氮氣吹掃剩余氫氣，即得到本發(fā)明所述的一種油煙凈化催化劑。流經催化劑的油煙氣空速5000/h。在300℃下，入口油煙濃度82mg/m3。凈化后出口濃度為1.47mg/m3，無論排放濃度還是脫除效率均達到和超過國家最新標準。
實施例三至八采用與實施例二相同的催化劑制備條件，不同催化劑配方(質量百分比)以及油煙脫除效率如表4。表4
權利要求
1.一種油煙凈化催化劑，其特征是它由如下活性組分按照質量百分比組成CuO為5～25％，NiO為5～25％，CoO為5～25％，MnO2為4～25％，Cr2O3為2～6％，BaO為2～5％，Fe2O3為2～5％，CaO為2～5％，γ-Al2O3為10～40％。
2.根據權利要求1所述的一種油煙凈化催化劑，其特征是它的活性組分還可以包括稀土元素Ce、La的氧化物，其質量百分比為La2O3為0～10％，CeO為0～20％。
3.根據權利要求1或2所述的一種油煙凈化催化劑，其特征是它的活性組分還可以包括貴金屬元素Pt、Pd、Rh及Ru，其質量百分比為Pt為0～1％，Pd為0～1％，Rh為0～1％，Ru為0～1％。
4.一種油煙凈化催化劑的制備方法，其特征是它包括如下步驟及其工藝條件第一步 配料氧化鋁膠體的用量為質量百分比γ-Al2O3/載體＝10～15％，其它活性組分的用量按照其與γ-Al2O3的相應配比換算。第二步 配液分別用水將所需要的金屬硝酸鹽晶體和氧化鋁膠體完全溶解，然后將兩種溶液混合均勻，制得浸漬液。第三步 浸漬及烘干將載體浸于浸漬液中，浸漬3～30分鐘后，置于干燥箱中，在100～200℃下烘干1～5小時。第四步 焙燒將經過浸漬并且烘干后的載體置于高溫爐中，在300～600℃下焙燒1～5小時。第五步 還原將載體置于還原裝置中，先用氮氣吹掃10～20分鐘，然后加熱至200～400℃，通入氫氣進行還原1～5小時，還原后使其自然冷卻，得到產品。
5.根據權利要求4所述的一種油煙凈化催化劑的制備方法，其特征是浸漬過程可以采用多次浸漬的方法，即可以在相同條件下多次重復上述浸漬、烘干過程。
6.根據權利要求4所述的一種油煙凈化催化劑的制備方法，其特征是在載體自然冷卻后，可以再通入氮氣吹掃還原裝置中的剩余氫氣。
7.根據權利要求4所述的一種油煙凈化催化劑的制備方法，其特征是載體可以是蜂窩陶瓷載體。
8.一種權利要求1所述的油煙凈化催化劑應用于廚房油煙的催化凈化。
9.根據權利要求8所述的一種油煙凈化催化劑的應用，其特征是凈化油煙的濃度范圍為10～1000mg/m3，凈化溫度為200～500℃，油煙氣空速為5000～25000/h。
全文摘要
本發(fā)明是一種油煙凈化催化劑及其制備方法和應用,該催化劑由CuO、NiO、CoO、MnO
文檔編號B01J23/76GK1347759SQ01127900
公開日2002年5月8日 申請日期2001年9月28日 優(yōu)先權日2001年9月28日
發(fā)明者葉代啟, 劉仰增 申請人:華南理工大學, 威寶有限公司