一種光催化協(xié)同熱催化氧化去除VOCs的催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)廢氣中去除VOCs催化劑及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光催 化協(xié)同熱催化氧化去除VOCs的催化劑及其制備方法，用于實(shí)現(xiàn)在較低溫中，光照下有效地 去除有機(jī)廢氣。
【背景技術(shù)】
[0002] VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds)的英文縮寫。VOCs排 放大多為人為排放，多半為石油化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程、產(chǎn)品消費(fèi)行為以及機(jī)動(dòng)車尾氣 排放等。
[0003] VOCs成分復(fù)雜，大多數(shù)VOCs具有刺激性氣味或臭味，可引起人們感官上的不愉 快，嚴(yán)重降低人們的生活質(zhì)量。所具有的特殊氣味且具有滲透、揮發(fā)及脂溶等特性，可導(dǎo)致 人體出現(xiàn)諸多的不適癥狀。還具有毒性、刺激性及致畸致癌作用，尤其是苯、甲苯、二甲苯及 甲醛對(duì)人體健康的危害最大，長(zhǎng)期接觸會(huì)使人患上貧血癥與白血病。另外，VOCs氣體還可 導(dǎo)致呼吸道、腎、肺、肝、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及造血系統(tǒng)的病變。隨著VOCs濃度的增加，人 體會(huì)出現(xiàn)惡心、頭痛、抽搐、昏迷等癥狀。在光照下可與N0X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成二次污染物 等等。因此，如何高效無污染地去除VOCs成為了當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。
[0004] 熱力催化氧化有機(jī)廢氣是當(dāng)前比較熱門的話題，該方法雖然可以有效地去除 V0CS，但其不足之處在于所需的溫度較高和需要高活性的催化劑。
[0005] 光催化氧化技術(shù)是一種新興的頗有發(fā)展前途的技術(shù)，其中半導(dǎo)體納米Ti02光催 化應(yīng)用技術(shù)其工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)單，利用太陽光就可以降解污染物，簡(jiǎn)單高 效且耗能少。
[0006] 因此，研究一種光熱協(xié)同的高活性的催化劑既可以解決一系列環(huán)境污染問題，同 時(shí)也可以降低成本、能耗。本發(fā)明由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光催化協(xié)同熱催化氧化去除 VOCs的催化劑、該催化劑的制備方法和應(yīng)用方式，其目的在于熱催化氧化和光催化氧化的 基礎(chǔ)上研究一種光熱協(xié)同的催化劑。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種光催化協(xié)同熱催化氧化去除VOCs的催化劑，由活性組分、助劑、載體和成型材料 組成： 所述活性組分：經(jīng)過Ce02修飾的MnO 2和V 205的混合物， 所述助劑：CuO和W03; 所述載體：凹凸棒和Ti02; 所述成型材料：多孔陶瓷。
[0009] 所述的活性組分中，所述Ce02、MnOjP V 205占催化劑的含量分別為0· 5wt%-2wt%， lwt%_10wt% 和 lwt%_5wt%。
[0010] 所述助劑中，CuO和W03占催化劑的含量分別為0. 5wt%-2wt%和0. lwt%-lwt%。
[0011] 所述載體中，所述Ti02占催化劑的含量為20wt%-40wt%。
[0012] 一種光催化協(xié)同熱催化氧化去除VOCs的催化劑的制備方法，包括以下步驟： (1) 、將20-40目的凹凸棒顆粒加入Cu(N03)2溶液中，然后在超聲波超聲情況下超 聲浸漬，過濾，干燥，制得載體微粒；其中加入的硝酸銅的量使得催化劑中CuO的含量為 0. 5wt-2wt°/〇 ； (2) 、用Ce (N03) 2溶液，KMnO 4溶液，尿素配置成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，攪拌混合均勻，置 于反應(yīng)釜中反應(yīng)，取出反應(yīng)釜中的沉淀，過濾，洗滌，過濾，干燥，制得微粒；加入的&02和 Μη02含量分別為 0· 5wt%-2wt% 和 lwt%-10wt% ; (3) 、分別將偏釩酸銨和鎢酸銨溶于若干倍溶液的草酸溶液中，使得V205的含量為 lwt%_5wt%，胃03的含量為0. lwt%_lwt%，待完全溶解后加入含量為30wt%_40wt%載體納米 Ti02，攪拌，使其充分混合均勻，制得溶膠溶液； (4) 、將步驟（1)中的載體微粒和步驟（2)中所得的微粒加入到步驟（3)中的溶膠溶液 中，攪拌，使其充分混合均勻； (5) 、將步驟（4)中的混合物負(fù)載在多孔陶瓷中，干燥； (6) 、將步驟（5)中的多孔陶瓷在馬弗爐中焙燒，冷卻得到成型催化劑。
[0013] 所述步驟（2沖，用Ce (N03) 2溶液，KMnO 4溶液，尿素配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-12%的溶 液。
[0014] 所述步驟（3)中，分別將偏釩酸銨和鎢酸銨溶于1. 8-2. 2倍溶液的草酸溶液中。
[0015] 所述步驟（5)中，將多孔陶瓷在480-560°C的馬弗爐中焙燒4. 2-5. 6小時(shí)。
[0016] -種光催化協(xié)同熱催化氧化去除VOCs的催化劑在催化氧化去除VOCs中的應(yīng)用。
[0017] 所述催化劑去除VOCs時(shí)的溫度為250°C，條件為太陽光照射下。
[0018] 本發(fā)明中加入了 Ce02是催化劑的優(yōu)良助劑，在催化劑中CeO 2具有極好的儲(chǔ)存和 釋放氧的能力，并且在氧化還原反應(yīng)中主要表現(xiàn)出Ce4+/Ce3+的相互轉(zhuǎn)化，能使催化劑活性 中心離子的價(jià)態(tài)降低，提高了光熱催化活性，且&02的加入增加了催化劑在載體表面的分 布，增強(qiáng)了催化劑的熱穩(wěn)定性，降低了熱催化氧化所需溫度，實(shí)現(xiàn)了在較低溫（250°C)和光 照下即可達(dá)到高去除率的目的。
[0019] 本發(fā)明經(jīng)過浸漬混合、熱反應(yīng)、過濾干燥、溶解混合、攪拌負(fù)載、煅燒等手段，制備 出一種高效的光催化協(xié)同熱催化氧化去除VOCs的催化劑，制備步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，無二 次污染，可回收利用，且穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0020] 圖1為不同含量的&02催化劑反應(yīng)溫度與去除率圖； 圖2為黑暗與光照下的催化劑反應(yīng)溫度與去除率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于 此。
[0022] 本發(fā)明中的原料均可以通過本領(lǐng)域公知的方法合成，也可以采用市售產(chǎn)品。
[0023] 實(shí)施例1-3 本實(shí)施例1-3為本發(fā)明光催化協(xié)同熱催化氧化去除VOCs的催化劑的組成及含量，具體 見下表1 :
對(duì)比例1-3 對(duì)比例1-3的催化劑的組分及含量見下表2 :
實(shí)施例4 上述實(shí)施例1的催化劑可以通過以下步驟制備得到： (1 )、將20目的凹凸棒顆粒加入Cu (N03)2溶液中，然后在超聲波超聲情況下超聲浸漬 12h，過濾，在110°C下干燥10h，制得載體微粒；其中加入的硝酸銅的量使得催化劑中CuO的 含量為0. 5wt% ; (2 )、用Ce (N03) 2溶液，KMnO 4溶液，尿素配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液，在磁力下攪拌混 合均勻，置于150°C的反應(yīng)釜中反應(yīng)12h，取出反應(yīng)釜中的沉淀，過濾，洗滌，過濾，與110°C 下干燥6h，制得微粒；加入的CeOjP MnO 2含量分別為0. 5wt%和10wt% ; (3) 、分別將偏釩酸銨和鎢酸銨溶于2倍溶液的草酸溶液中，使得V205的含量為6wt%， 胃)3的含量為〇. lwt%，待完全溶解后加入含量為20wt%載體納米TiO 2，磁力攪拌2h，使其充 分混合均勻，制得溶膠溶液； (4) 、將步驟（1)中的載體微粒和步驟（2)中所得的微粒加入到步驟（3)中的溶膠溶液 中，磁力攪拌2h，使其充分混合均勻； (5) 、將步驟（4)中的混合物通過浸漬噴射法負(fù)載在多孔陶瓷中，于110°C下干燥6h ; (6)、將步驟（5)中的多孔陶瓷在500°C的馬弗爐中焙燒5h，冷卻得到成型催化劑。
[0024] 實(shí)施例5 上述實(shí)施例2的催化劑可以通過以下步驟制備得到： (1 )、將40目的凹凸棒顆粒加入Cu (N03)2溶液中，然后在超聲波超聲情況下超聲浸漬 12h，過濾，在110°C下干燥10h，制得載體微粒；其中加入的硝酸銅的量使得催化劑中CuO的 含量為2wt% ; (2 )、用Ce (N03) 2溶液，KMnO 4溶液，尿素配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液，在磁力下攪拌混 合均勻，置于150°C的反應(yīng)釜中反應(yīng)12h，取出反應(yīng)釜中的沉淀，過濾，洗滌，過濾，與110°C 下干燥6h，制得微粒；加入的CeO# MnO 2含量分別為lwt%和5. 5wt% ; (3) 、分別將偏釩酸銨和鎢酸銨溶于2倍溶液的草酸溶液中，使得V205的含量為5wt%， 1〇3的含量為〇. 55wt%，待完全溶解后加