一种高效热催化降解废气中丙酮的方法技术

本发明专利技术公开了一种高效热催化降解废气中丙酮的方法。本发明专利技术通过将含丙酮的废气在装填了活性炭催化剂的固定床反应器中进行催化降解反应，实现对丙酮的脱除；其中活性炭催化剂通过以下方法制得：制备金属锰铈混合前驱体溶液；用上述前驱体溶液浸渍活性炭载体，使金属离子吸附到活性炭的孔隙中；将上述活性炭样品晾干，并真空干燥；将真空干燥好的活性炭样品在氮气保护下高温焙烧，即得。本发明专利技术催化降解废气中丙酮，反应温度低，降解速率块，降解效果好；其针对714mg/m3的丙酮，在180

【技术实现步骤摘要】
一种高效热催化降解废气中丙酮的方法


[0001]本专利技术属于大气污染治理
，尤其涉及一种高效热催化降解废气中丙酮的方法。

技术介绍

[0002]丙酮易挥发，具有特殊的辛辣气味，化学性质较活泼，主要产生于化工、印刷、医药、生物发酵等行业的生产活动中。丙酮大量摄入会引起头痛、头晕和皮炎，会引起眼睛和呼吸系统的刺激，对神经系统造成伤害，威胁人体健康。因此寻找高效、经济的控制丙酮污染的方法迫在眉睫。
[0003]催化氧化法是将丙酮氧化为二氧化碳、水和其他相对无害化合物的最有效和经济可行的技术之一。实现高效催化降解废气中丙酮的核心技术是寻求低传质阻力与高活性位点的催化剂。
[0004]中国专利CN103962132A，CN101116810A中公开了基于活性炭制备的炭基催化剂，其用于催化制备葡萄糖酸和缩醛/酮的合成反应。炭基催化剂鲜少在降解有机气态污染物中应用，同时现有技术中炭基催化剂活性组分贵金属或重金属使用量较多，不利于活性组分在载体表面的分散。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高效热催化降解废气中丙酮的方法。在该方法中，利用活性炭催化剂对丙酮催化氧化降解；该催化剂利用活性炭具有发达的孔隙结构的特点，同时其负载的Ce/Mn颗粒物尺寸小，分散均匀，保证了催化降解的活性；催化剂的整个制备过程简单易行，无需高温还原，不产生污染；催化剂活性好、用量少、污染小、催化反应温度低、低能耗，符合绿色化学的要求特点，该催化剂在生物发酵、化工、食品等行业领域有着广阔的工业前景；本专利技术的催化剂用于丙酮催化降解，用量少，降解速率快，降解效果好，稳定性高。
[0006]本专利技术的技术方案具体介绍如下。
[0007]本专利技术提供一种高效热催化降解废气中丙酮的方法，含丙酮的废气在装填了活性炭催化剂的固定床反应器中进行催化降解反应，实现对丙酮的脱除，反应温度为160
‑
280℃；其中：活性炭催化剂通过以下方法制备：（1）配制由锰金属盐和铈金属盐组成的混合溶液作为前驱体溶液；（2）用前驱体溶液浸渍活性炭载体，使金属离子吸附到活性炭载体的孔隙中；（3）将浸渍后的活性炭样品取出晾干，并真空干燥；（4）在惰性气氛保护下，将真空干燥后的活性炭样品在管式炉中进行高温焙烧，即得负载型的活性炭催化剂。
[0008]本专利技术中，催化降解反应中，反应温度为170
‑
225℃。进一步优选的，反应温度为180
‑
190℃。
[0009]本专利技术中，催化降解反应中，空速为10000
‑
20000mL/g
·
h，废气中丙酮的浓度在100
‑
2000mg/m3之间，废气流量在50
‑
500mL/min之间，进一步优选的，空速为12000
‑
15000mL/g
·
h，废气中丙酮的浓度在238
‑
714 mg/m3之间，废气流量在50
‑
200mL/min之间。
[0010]本专利技术中，步骤（1）中，前驱体溶液中，锰金属盐为二价锰盐，铈金属盐为三价铈盐；铈元素和锰元素的质量比为0.2:1~1:1，锰元素在前驱体溶液中的质量分数为1.5
‑
2.5 %。最优选的，铈元素和锰元素的质量比为0.8:1。
[0011]本专利技术中，步骤（1）中，锰金属盐为硫酸锰、硝酸锰或氯化锰，铈金属盐为硝酸铈，醋酸铈或氯化铈。
[0012]本专利技术中，步骤（2）中，活性炭载体为生物质活性炭，比表面积900
‑
1400m2/g，总孔容积≥0.7cm3/g，微孔孔容≥0.15 cm3/g；活性炭载体和前驱体溶液的质量体积比为1:5~1:20g/mL，先室温超声浸渍50min
‑
2h，再在50
‑
70℃的水浴温度下浸渍3
‑
5h。
[0013]本专利技术中，步骤（2）中，活性炭载体为柠檬酸发酵废渣基生物质活性炭。
[0014]本专利技术中，步骤（3）中，真空干燥温度为100
‑
120℃，真空干燥时间为2
‑
10h。
[0015]本专利技术中，步骤（4）中，焙烧温度为350
‑
450℃，焙烧时间为2
‑
5h。
[0016]本专利技术还提供一种用于上述热催化降解废气中丙酮的活性炭催化剂，其为负载型活性炭催化剂，活性物质包括以MnO
x
（X=1，1.5，2.0）、CeO2、Ce2O3。
[0017]和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）、本专利技术催化降解中所使用的催化剂高温条件下焙烧，极大增强了锰、铈与活性炭载体之间的相互作用，且增加了活性炭表面的缺陷和空穴数目，使得其表面金属粒子分散性优异；同时活性炭载体表面活性金属粒子粒度为5
‑
20 nm, 平均间距在100nm以上，不易发生团聚，在催化反应中活性更高。
[0018]2）本专利技术催化降解中所使用的催化剂制备工艺简单，易于工业化生产，能大幅度节约生产成本，具有极好的实际应用前景。
[0019]3）本专利技术提供的催化剂对于丙酮的降解具有使用寿命长，性能稳定的特点，可长时间保持对于丙酮的高降解率。增加了催化剂活性组分的利用率，有利于提高生产效率和降低生产成本。
[0020]4）本专利技术催化降解废气中丙酮，反应温度低，降解速率块，降解效果好；其针对714 mg/m3的丙酮，在180
‑
190℃的温度下，15min内降解率大于90%，相比同类催化剂降解温度大幅降低，节约运行成本。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备高效降解丙酮生物炭负载型催化剂的工艺流程图。
[0022]图2为实施例1制备高效降解丙酮生物炭负载型催化剂的N2等温吸附线（a）和孔径分布图(b)。
[0023]图3为实施例1制备得到催化剂的扫描电镜图（SEM）。
[0024]图4为实施例1制备得到催化剂的透射电镜图（TEM）。
[0025]图5为实施例2中不同配比催化剂XRD表征结果。
[0026]图6为实施例1制备得到催化剂与未搭载活性金属的生物质活性炭对238 mg/m3丙酮的降解性能对比图。
[0027]图7为实施例2制备的不同Ce/Mn配比催化剂材料对于丙酮的降解性能图。
[0028]图8为实施例1制备得到催化剂的稳定性能评价图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细介绍。
[0030]实施例1高效降解丙酮的生物炭负载型催化剂的制备与物理化学性质。
[0031]高效降解丙酮生物炭负载型催化剂的工艺流程图如图1所示。用分析天平称取16.9g MnSO4·
H2O固体，配制成1mol/L的MnSO4溶液，量取36.403mL上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效热催化降解废气中丙酮的方法，其特征在于，其通过将含丙酮的废气在装填了活性炭催化剂的固定床反应器中进行催化降解反应，实现对丙酮的脱除，反应温度为160
‑
280℃；其中：活性炭催化剂中活性成分包括MnO
x
，X=1、1.5或2.0， CeO2和Ce2O3；其通过以下方法制备：（1）配制由锰金属盐和铈金属盐组成的混合溶液作为前驱体溶液；（2）用前驱体溶液浸渍活性炭载体，使金属离子吸附到活性炭载体的孔隙中；（3）将浸渍后的活性炭样品取出晾干，并真空干燥；（4）在惰性气氛保护下，将真空干燥后的活性炭样品在管式炉中进行高温焙烧，即得负载型的活性炭催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，催化降解反应中，反应温度为170
‑
225℃，反应时间为10
‑
30min。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，催化降解反应中，空速为10000
‑
20000mL/g
·
h，废气中丙酮的浓度在100
‑
2000mg/m3之间，废气流量在50
‑
500mL/min之间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，前驱体溶液中，锰金属盐为二价锰盐，铈金属盐为三价铈盐；铈元素和锰元素的质量比为0.2:1~1:1，锰元素在前驱体溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚小龙，姚志良，李彤，施悦，何理，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：