阅读说明：本技术 太阳能光热催化快速处理有机气体的方法 (Method for quickly treating organic gas by solar photo-thermal catalysis ) 是由 吴梁鹏 李新军 李娟� 于 2020-04-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种太阳能光热催化快速处理有机气体的方法,该方法包括以下步骤：将复合光热协同催化剂装载在石英管反应器中,将石英管反应器放置于槽式太阳能聚光装置上,在太阳光照射条件下,光热温度为70～180℃下,有机气体通过复合光热协同催化剂生成无害的二氧化碳和水。本发明借助于复合光热协同催化剂中光催化活性组元的强氧化性,首先将有机气体分子活化,起燃温度降低,经过催化燃烧快速转化为二氧化碳和水,这样大大缩短了处理时间,降低了能耗,大幅度提高了降解有机气体的效率,解决了传统光催化和催化燃烧技术在处理有机气体方面的实际应用中所存在的难点,可应用于化工生产车间有机废气的处理。(The invention discloses a method for quickly treating organic gas by solar photo-thermal catalysis, which comprises the following steps: loading the composite photo-thermal synergistic catalyst in a quartz tube reactor, placing the quartz tube reactor on a groove type solar light gathering device, and under the condition of sunlight irradiation, wherein the photo-thermal temperature is 70-180 ℃, organic gas generates harmless carbon dioxide and water through the composite photo-thermal synergistic catalyst. By means of the strong oxidizing property of the photocatalytic active component in the composite photo-thermal synergistic catalyst, organic gas molecules are activated, the ignition temperature is reduced, and the organic gas molecules are quickly converted into carbon dioxide and water through catalytic combustion, so that the treatment time is greatly shortened, the energy consumption is reduced, the efficiency of degrading the organic gas is greatly improved, the difficulty existing in the practical application of the traditional photocatalytic and catalytic combustion technology in the aspect of treating the organic gas is solved, and the composite photo-thermal synergistic catalyst can be applied to the treatment of organic waste gas in a chemical production workshop.)

太阳能光热催化快速处理有机气体的方法

技术领域

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本发明涉及有机气体处理技术领域，具体涉及一种太阳能光热催化快速处理有机气体的方法。

背景技术

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随着世界经济社会的快速发展，环境中挥发性有机气体(VOCs)的排放越来越多。在室外VOCs的排放主要是来自化石燃料的燃烧和工业废气等，而VOCs已被公认为严重危害环境和人类健康的空气中的主要环境危害之一。目前，常见的VOCs的治理方式主要有多种，如洗涤吸收技术、催化燃烧技术、回收再利用技术、吸附法、低温等离子体技术、光催化技术等，各种方法在特定的环境下都有其特点。光催化氧化和催化氧燃烧技术是目前最具发展前景的处理技术之一。但光催化降解有机气体的主要问题是降解速率很慢，光能利用效率较低。而催化燃烧技术因其起燃温度温度较高，工艺能耗成本较高。

发明内容

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本发明的目的是提供一种太阳能光热催化快速处理有机气体的方法，利用复合光热协同催化剂，在可见光的辅助下能够产生强还原氧化效果的空穴-电子对，增强氧化还原能力，有效降低反应温度，解决了现有技术存在的VOCs处理途径单一以及催化氧燃烧技术能耗大和光催化技术反应效率低的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种太阳能光热催化快速处理有机气体的方法，该方法包括以下步骤：

将复合光热协同催化剂担载在玻璃微球、玻璃纤维、碳微球、沸石中的一种或多种，并装载在石英管反应器中，将石英管反应器放置于槽式太阳能聚光装置上，在太阳光照射条件下，光热温度为70～180℃下，有机气体通过复合光热协同催化剂生成无害的二氧化碳和水；所述有机气体包括甲醇、甲醛、甲醚、乙醛、乙醚、乙烯、丙酮、苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种；所述复合光热协同催化剂包括限域载体、热催化燃烧组元和光催化活性组元，所述限域载体包括纳米管、分子筛、MOF、COF中的一种或多种，光催化组元包括TiO₂、ZnO、CoO、Co₃O₄、Bi₂O₃、Cu₂O、CuO、Fe₂O₃、VO₂、MTiO₃中的一种或几种混合；其中M选自Sr、Mg、Mn中的任一种；热催化组元包括Pt、Pd、Au的一种或多种；光催化活性组元负载在限域载体外表面，热催化燃烧组元内嵌于限域载体孔道内；以催化剂的总重量为100％计算，光催化活性组元的重量百分比为10％～30％，热催化燃烧组元的重量百分比为0.1％～5％。

所述复合光热协同催化剂的制备方法包括以下步骤：1)采用水热合成法制备纳米管、分子筛、MOF、COF载体(Liangpeng Wu,Xu Yang,Juan Li,Yanqin Huang,Xinjun Li,Fabrication of titanium dioxide nanotubes with good morphology at highcalcination temperature and their photocatalytic activity,Materials Chemistryand Physics,2017,202,136-142.)；2)采用真空辅助等体积浸渍法将热催化燃烧组元Pt、Pd、Au内嵌于步骤1)载体管道内(XuYang,XiangYu,Lizhen Long,Tiejun Wang,LonglongMa,Liangpeng Wu,Yu Bai,Xinjun Li,Shijun Liao,Pt nanoparticles entrapped intitanate nanotubes(TNT)for phenol hydrogenation:the confinement effect ofTNT,Chem.Commun.,2014,50,2794)；3)采用表面化学沉积法在步骤2)催化剂表面沉积光催化组元(Quanming Peng,Guiming Peng,Liangpeng Wu,Juan Li,Xiaoyang Wang,MingweiLiu,Xinjun Li,Fe2O3 modification promotes the photocatalytic performance ofTiO2 nanotube confined Pd nanoparticles,Journal of Photochemistry&Photobiology A:Chemistry 380(2019)111865)，最终获得复合光热协同催化剂。

本发明的有益效果如下：

本发明借助于复合光热协同催化剂中光催化活性组元的强氧化性，首先将有机气体分子活化，生成活化分子，而活化分子的起燃温度降低，经过催化燃烧快速转化为二氧化碳和水，这样大大缩短了处理时间，降低了能耗，大幅度提高了降解有机气体的效率，解决了传统光催化和催化燃烧技术在处理有机气体方面的实际应用中所存在的难点，可应用于化工生产车间有机废气的处理。

附图说明

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图1是本发明太阳能光热催化快速处理有机气体的示意图。

具体实施方式

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以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

采用水热合成法、超声辅助浸渍法、表面化学沉积法制备[email protected]₂纳米管@Bi₂O₃光热催化材料。包括以下步骤：

水热法制备二氧化钛纳米管：将将6g P25二氧化钛纳米粉末，将其加入到500mL的聚四氟乙烯瓶中。随后配制10mol/L的氢氧化钠溶液，并用量筒量取360mL溶液加入到装有P25二氧化钛纳米的聚四氟乙烯瓶中，剧烈搅拌半个小时，将聚四氟乙烯瓶放置在油浴中，升温至120℃，回流反应48h。自然冷却至室温，过滤，用去离子水将所制备的粉体洗至接近中性后，用0.1mol/L的盐酸浸泡8小时，之后再用去离子水洗至pH等于7，过滤后将所得的粉体60℃干燥24h，然后在马弗炉中焙烧，升温速率为1℃/min，升温至400℃，保温2h，得到二氧化钛纳米管。

真空辅助超声等体积浸渍法将活性组元贵金属内嵌于二氧化钛纳米管：称取300mg二氧化钛纳米管，将0.005g/mL氯铂酸乙醇溶液分多次滴加，每次滴加至粉体刚好浸湿为止，并将其放置于超声中用真空泵在负压下抽干，然后转移至坩埚中，并于管式炉在含有8％氢气和92％氩气的混合气氛中300℃退火2h得到催化氧化活性组元贵金属内嵌于还原的二氧化钛纳米管的产物，记[email protected]₂纳米管；

化学沉积法在表面负载金属氧化物Bi₂O₃催化助剂进行表面修饰：称取[email protected]₂纳米管，加入5～15mL0.01-0.1mol/L金属盐水溶液在60～80℃水浴条件下搅拌15～40min，滴加0.5wt％氨水，搅拌60min，沉降过滤并在烘箱中烘干，然后转移至坩埚中，并于管式炉在氩气气氛中300℃退火2h得到目标催化剂，记为[email protected]₂纳米管@Bi₂O₃光热催化材料。以催化剂的总重量为100％计算，光催化活性组元的重量百分比为15％，热催化燃烧组元的重量百分比为1％，将此光热催化剂负载在玻璃纤维上装载在石英反应器中。将石英管放置于槽式太阳能聚光装置上，在120W模拟太阳光照射条件下，光热温度为70摄氏度，甲醛的浓度为500ppm，气体的流速为60mL/min，经色谱检测有机气体甲醛的即时去除率高达98％以上。

对比例1：

参考实施例1，采用水热合成法、超声辅助浸渍法制备[email protected]₂纳米管热催化材料。以催化剂的总重量为100％计算，热催化燃烧组元的重量百分比为1％，将此热催化剂负载在玻璃纤维上装载在石英反应器中。将石英管放置于槽式太阳能聚光装置上，在120W模拟太阳光照射条件下，光热温度为70摄氏度，甲醛的浓度为500ppm，气体的流速为60mL/min，经色谱检测有机气体甲醛的即时去除率高达70％左右。

实施例2：

参考实施例1采用水热合成法、超声辅助浸渍法、表面化学沉积法制备[email protected]分子筛@Fe₂O₃光热催化材料。将此光热催化剂负载在玻璃微球上装载在石英反应器中。将石英管放置于槽式太阳能聚光装置上，在300W模拟太阳光照射条件下，光热温度为120摄氏度，甲苯的浓度为300ppm，气体的流速为30mL/min，。经色谱检测有机气体甲苯的即时去除率高达95％以上。

对比例2：

参考实施例1采用水热合成法、超声辅助浸渍法制备[email protected]分子筛热催化材料。将此热催化剂负载在玻璃微球上装载在石英反应器中。将石英管放置于槽式太阳能聚光装置上，在300W模拟太阳光照射条件下，光热温度为120摄氏度，甲苯的浓度为300ppm，气体的流速为30mL/min，。经色谱检测有机气体甲苯的即时去除率高达75％左右。