[发明专利]用臭氧进行低温气体清洁的方法和用于该方法的催化袋式过滤器

说明书

一种用于清洁被挥发性有机化合物(VOC)和/或含硫化合物污染的贫气流的方法，其包括以下步骤：向被污染的贫气流添加臭氧；使含臭氧的贫气流经受紫外线照射，从而将VOC转化为颗粒；将经照射的气流保持在停留区中足够的时间，以允许气溶胶颗粒生长；以及使气流在低至室温的温度下通过催化袋式过滤器，以除去形成的颗粒并消除任何剩余的臭氧。袋式过滤器已经通过用一种或多种金属氧化物浸渍而产生催化性能，其中金属选自V、W、Pd和Pt，其负载在TiO₂上。

本发明涉及用臭氧低温清洁贫气的方法和用于该方法的催化袋式过滤器。更具体地，根据本发明的方法包括向被挥发性有机化合物(VOC)和/或含硫化合物(例如H₂S或二甲基硫醚)污染的贫气流添加臭氧，以及使由此处理的贫气流经受紫外(UV)光照射。然后，将经照射的气流保持在停留区中足够的时间，以允许在UV处理之后气溶胶颗粒生长。随后在催化袋式过滤器中除去形成的颗粒。

以前，贫气流没有任何清洁就被排放到周围的环境中。然而，随着法规变得越来越严格，必须对这种气流采取一些措施。如今，通常使用再生热氧化器(RTO)或洗涤器。

催化工艺用于从废气中除去有害组分。在这方面，就节省能源并同时保持高催化活性而言，降低催化反应的温度是重要的。因此，研究和探索旨在寻找有效的低温催化剂或新的催化工艺。在这方面，一种合适的方法是臭氧催化氧化(OZCO方法)，其在催化氧化反应中使用臭氧作为氧化剂。

已知臭氧(三氧，O₃)是用于废物和饮用水处理、杀菌和除臭的强氧化剂。它是一种氧的同素异形体，稳定性明显低于双原子同素异形体O₂，在低层大气中分解为正常的二氧。如上所述，臭氧是一种强力氧化剂(远远超过二氧)，因此它具有许多与氧化相关的工业应用。由于臭氧的相当强的氧化能力和分子氧作为副产物形成，有时选择臭氧进行氧化。事实上，与化学替代品相比，使用臭氧进行氧化至少具有以下优点：

-臭氧可以在现场产生，

-臭氧迅速分解为氧气，不留痕迹，

-反应不产生有毒的卤化化合物，和

-臭氧比其他常见的氧化剂更快且更完全地起作用。

然而，由于臭氧本身是有毒的这一事实，必须从这些氧化过程中除去残留的臭氧。此外，即使浓度低至约100ppb，臭氧对动植物组织也非常有害，因此它是一种不能被排放的污染物。由于这些原因，许多研究致力于寻找用于使用臭氧的氧化反应的合适催化剂，并且还寻找在这种氧化反应之后除去残留臭氧的有效方法。

现在已经令人惊讶地发现，用钒、钨、钯或铂浸渍的催化袋式过滤器可以在低温下显著降低挥发性有机化合物(VOC)和/或含硫化合物(例如H₂S或二甲基硫醚)在已添加臭氧的贫气流中的含量。更令人惊讶地是，已经进一步发现，该催化剂不仅降低了气流中的VOC和/或硫含量，而且还除去了任何残留的臭氧。

Journal of Colloid and Interface Science 446,226-236(2015)涉及在低温(即50-200℃)下进行的用臭氧在纳米级Fe₂O₃-ZrO₂催化剂上对二甲基硫醚(DMS)进行气相催化氧化的研究。催化剂与本发明的方法中使用的催化剂不同，并且未提及可能的VOC去除。

在Applied Catalysis A:General 298,109-114(2008)中描述了通过在氧化铝负载的氧化钴催化剂体系(其具有过化学计量的氧(CoO_x/Al₂O₃))上用臭氧对VOC和CO进行催化氧化，伴随着臭氧的非均相催化分解。催化剂也不同于本发明的方法中使用的催化剂，并且未提及可能的硫化合物去除。