[发明专利]一种低温等离子体催化氧化VOCs的方法

说明书

本发明公开了一种低温等离子体催化氧化VOCs的方法，具体步骤为将VOCs气体依次通过由介质阻挡放电反应器与Zr基催化剂组成的等离子体区，由Mn基催化剂组成的活性物质转化区和Fe基催化剂与热阻炉组成的臭氧协同热催化区将VOCs气体催化氧化生成二氧化碳和水。在降解过程中，等离子体区用于产生高能电子、O₃与电离自由基及活化VOCs分子；活性物质转化区利用高空速转化未反应的活化分子与部分O₃，臭氧协同热催化区可降解O₃及剩余VOCs。本发明所提供的降解VOCs的方法解决了一段式低温等离子体催化易爆炸及易产生O₃的缺点；还解决了二段式低温等离子体催化无法使用活性中间产物以及转化率低的缺点；实现低温、高效、大批量及低能耗的环境友好型VOCs催化氧化。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种低温等离子体催化氧化VOCs的方法。

背景技术

挥发性有机化合物(VOCs)是指在常压下，沸点50℃—260℃的各种有机化合物，包括有乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等芳烃类、酯类、烷类、醛类等。

大多数挥发性有机化合物(VOCs)被列为空气污染的主要成分，因为它们会导致产生臭氧和光化学烟雾，污染大气环境和危害人类健康。产生挥发性有机化合物的渠道主要有工业制造和车辆排放。因此，控制VOCs的排放是很有必要的。在消除VOCs的各种策略中，催化燃烧技术成本低，对环境友好，所以催化氧化被认为是最有效的方法之一，但是催化燃烧技术一般需要使用温度为300-500℃才能完成对VOCs的催化氧化，使用温度高，耗能较高。

而等离子体-催化系统是在等离子体的基础上，添加催化剂催化的过程，使VOCs分子更好的在更低的温度下催化氧化，从而提高VOCs转化率以及二氧化碳选择性，同时降低能耗成本。专利CN201720637392公开了一种等离子体-吸附处理VOCs的方法，但是没有结合催化剂，不能发挥催化剂高效、节能及反应条件温和的优势；专利CN201610326881公布了一种等离子体协同介孔催化技术，但甲苯的转化过程受到催化剂结构以及催化剂吸脱附时间限制，需控制废气的流量，不利于实际应用排放。因此，开发一种高效低耗能的催化氧化VOCs的方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效利用低温等离子体催化协同热催化氧化VOCs的方法，其目的是解决一段式产生臭氧过多，且高能活性物质利用不充分；二段式无法利用高能活性物质；传统热催化能耗高的问题；最终实现低能耗、高效率、大批量处理的VOCs目的，本发明的解决方案是：。

一种低温等离子体催化氧化VOCs的方法，具体步骤如下：将VOCs气体依次通过第一段催化剂、第二段催化剂和第三段催化剂将VOCs气体催化氧化生成二氧化碳和水；其中，所述第一段催化剂为介质阻挡放电反应器与Zr基催化剂组成的等离子体区，所述第二段催化剂为Mn基催化剂组成的活性物质转化区，所述第三段催化剂为Fe基催化剂与加热电阻组成的臭氧协同热催化区。

优选地，所述等离子体区的放电区域下沿与第二段催化剂之间的距离为0.1～20cm。

优选地，所述第一段催化剂的反应温度和反应空速分别为10～80℃和10000～1000000ml/g/h，所述第二段催化剂的反应温度和反应空速分别为10～80℃和10000～1000000ml/g/h，所述第三段催化剂的反应温度和反应空速分别为100～300℃和10000～100000ml/g/h。

优选地，所述介质阻挡放电装置的放电电压为220V-380V，放电电流为0.5-10A。

优选地，所述Zr基催化剂由ZrO₂和载体组成；其中，ZrO₂的含量为10％～100％，余量为载体；所述载体选自Al₂O₃、13X分子筛、4A分子筛、5A分子筛、β分子筛、ZSM-5分子筛或AIPO-5分子筛中的一种。