[发明专利]一种含铁中孔洞催化剂的制备及用于处理VOCs的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含铁中孔洞催化剂的制备方法，以及该含铁中孔洞催化剂用于中低温处理VOCs的方法，属于废气处理技术领域。

背景技术

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指在标准状态下(20℃，760mmHg)，其蒸气压大于0.1mmHg以上的有机化合物。VOCs主要来源于光电材料及组件制造业、半导体业、炼油工业、表面涂装业、干洗业等生产领域。VOCs随时都在挥发散布于空气中，对人体健康造成直接或间接的伤害，甚至具有致癌的可能。目前处理VOCs的方法大致可分为：冷凝法、热焚化法、触媒焚化法、电浆破坏法以及触媒吸附法。其中，冷凝法处理效率有限。触媒焚化法及热焚化法由于需要较高的温度来破坏VOCs，所以需要大量的燃料，而且会产生微粒问题造成处理容器堵塞，增加二次处理的费用。电浆破坏法易干扰机台，维修费用高，且电源供应器制造费用昂贵且制造技术仍有瓶颈。而触媒反应可以在较短的滞留时间及较低的温度下操作，而且设备空间占据小、节省燃料、处理量大，也不会因高温而产生二次污染物的困扰，故触媒反应法是目前处理VOCs技术中最具发展潜力的方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种含铁中孔洞催化剂的制备方法，制备的催化剂孔隙率高、比表面积、催化活性高，能够降低VOCs的热分解温度，使得VOCs在中低温条件下分解转换。

本发明还有一个目的是提供一种利用含铁中孔洞催化剂处理VOCs的方法，解决现有技术中触媒反应法处理VOCs存在的反应温度要求偏高，燃料消耗大，处理VOCs反应效率较低等技术问题。

为了实现本发明这些目的和其它优点，本发明提供了一种含铁中孔洞催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将含硅化合物粉末溶于氢氧化钠溶液中，得到硅源溶液；

S2、将十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水并加入氢氧化铵，得到有机溶液；

S3、将硅源溶液逐滴加入到有机溶液中，然后采用硫酸溶液调节溶液pH值至4，在室温下，搅拌反应8h；

S4、将步骤S3所得混合溶液依次进行过滤、洗涤及干燥，得到初成品；

S5、在初成品中加入铁盐，然后进行高温锻烧去除有机模板，煅烧温度为550℃，锻烧时间6h，制得含铁中孔洞催化剂，简称Fe-MCM催化剂。

优选的是，所述步骤S1具体为：称取40g含硅化合物粉末溶于100mL质量浓度为99％的氢氧化钠溶液中，在150±5℃的温度下，以搅拌速度660rpm连续搅拌24h，得到硅源溶液。

优选的是，所述含硅化合物粉末为硅酸钠粉末。

优选的是，所述含硅化合物粉末为氟化钙污泥粉末。

优选的是，所述步骤S2具体为：取2.5g十六烷基三甲基溴化铵溶于125mL去离子水中，加入10mL质量浓度为28％的氢氧化铵溶液，在室温下，搅拌15min，使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解，得到有机溶液。

优选的是，所述步骤S4中，过滤后的滤饼用去离子水和酒精进行洗涤，然后置于烘箱以100±5℃的温度干燥4～8h。

优选的是，所述铁盐为硝酸铁。

优选的是，各原料组分的摩尔质量比为：十六烷基三甲基溴化铵：氢氧化钠：氢氧化铵：Si＝145：0.39：3.5：1.5。

一种利用含铁中孔洞催化剂处理VOCs的方法，其包括如下步骤：

S1、将适量含铁中孔洞催化剂填充在催化反应器中，该催化反应器内设有加热元件；

S2、将待处理的含VOCs的气体输送至催化反应器中；

S3、开启加热元件，使催化反应器内温度升至300～400℃，气体中的VOCs在含铁中孔洞催化剂的催化作用下分解为无毒无害的无机小分子。

优选的是，所述待处理气体中VOCs浓度为500～2000ppm，气体进入催化反应器的流速为100～800mL/min，气体在催化反应器中的停留时间为0.1～0.4秒。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

其一、本发明制备的含铁中孔洞催化剂中加入了铁元素，其催化性能明显优于不含铁的催化剂，催化剂与含VOCs的气体接触反应时能够有效降低VOCs分解转换温度，在中低温条件下进行反应，使得VOCs分解矿化，不仅降低了现有方法中处理VOCs气体所需耗费的能源，而且加快了废气处理速度，同时所使用的处理设备空间占据小、处理效率高、处理量大、也不会因高温而产生二次污染物的困扰。