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        臭氧等離子體低溫催化氧化低濃度有機(jī)廢氣的實(shí)驗(yàn)研究

        2019-03-28 12:35:18宋春雨
        山東化工 2019年4期
        關(guān)鍵詞:低濃度負(fù)載量甲苯

        宋春雨

        (重慶化工職業(yè)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院,重慶 401228)

        等離子體與催化劑結(jié)合去除VOCs是近年來備受關(guān)注的一種技術(shù),臭氧氧化技術(shù)可應(yīng)用于起燃溫度低的低濃度VOCs的處理。臭氧必須在適宜溫度下進(jìn)行,較高溫度會使臭氧迅速分解為氧氣,因此將臭氧與催化劑結(jié)合,在低溫下產(chǎn)生協(xié)同作用,能達(dá)到良好的催化氧化效果。低溫等離子體催化氧化技術(shù)適用于低濃度VOCs的凈化,在常壓常溫下反應(yīng)迅速,具有良好的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)就對臭氧等離子等溫催化氧化甲苯進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

        1 儀器與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備

        氣相色譜(SP-6890),馬弗爐(SX2-4-10),臭氧發(fā)生器,鼓風(fēng)干燥箱,電子恒溫水浴鍋(DZKW-4),氧化鋁,硝酸銅(AR級),硝酸錳(AR級),硝酸鈰(AR級),甲苯(AR級)。

        1.2 催化劑的制備

        本實(shí)驗(yàn)采用熱吸附法制備催化劑,活性組分選用硝酸銅、硝酸錳、硝酸鈰的單一或組合,將其配置成溶液;將γ-Al2O3載體放入溶液中浸漬24h,加熱煮沸,將浸漬后的γ-Al2O3于鼓風(fēng)干燥箱中110℃下干燥12h,后置于馬弗爐中在550℃下焙燒5h。

        1.3 催化劑性能評價(jià)

        臭氧低溫催化氧化低濃度甲苯的評價(jià)裝置如圖1所示。來自鋼瓶的氮?dú)?,一路通過質(zhì)量流量計(jì)通入置于水浴鍋里的甲苯鼓泡瓶,產(chǎn)生甲苯,另一路作為平衡氣與甲苯混合。氧氣經(jīng)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧,與甲苯氮?dú)饣旌虾筮M(jìn)入反應(yīng)器,進(jìn)行臭氧催化氧化。原料和尾氣都經(jīng)臭氧分析儀檢和氣相色譜分別檢測臭氧及甲苯濃度。對比實(shí)驗(yàn)中,甲苯氮?dú)庵苯舆M(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行催化氧化,不于臭氧混合,原料氣和尾氣測定甲苯濃度。

        1.4 氣相色譜檢測條件

        圖1 催化劑性能評價(jià)簡圖

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同活性組分對催化劑性能的影響

        實(shí)驗(yàn)中甲苯濃度為15mg/L,臭氧濃度為3.0mg/L,催化劑用量為0.5mL,空速為10000h-1。采用熱吸附法分別制備以γ-Al2O3為載體,活性組分為CuO、MnO2及物質(zhì)的量比為1∶1的銅錳復(fù)合氧化物催化劑,其中均為負(fù)載量5%。評價(jià)結(jié)果如圖2。

        圖2 臭氧對不同活性組分催化劑性能的影響

        由圖2可知,有臭氧存在的情況下,催化劑在30~110℃范圍內(nèi)可對甲苯產(chǎn)生良好的催化效果,無臭氧存在時(shí),要達(dá)到相同催化效果,溫度需要60~220℃,臭氧的存在可降低反應(yīng)溫度,且臭氧的存在可以可改善銅錳復(fù)合氧化物催化劑的催化效果,使其要優(yōu)于活性組分為CuO、MnO2的催化劑,表明臭氧可起到增強(qiáng)金屬協(xié)同效果的作用。

        2.2 負(fù)載量對催化劑性能的影響

        上述實(shí)驗(yàn)中活性較強(qiáng)的物質(zhì)的量比Cu∶Mn=1∶1的復(fù)合氧化物催化劑,分別制備不同負(fù)載量的5組催化劑,負(fù)載量分別為1%、3%、5%、7%、10%。活性評價(jià)結(jié)果如圖3所示。

        圖3 不同負(fù)載量對催化劑性能的影響

        活性組分添加量的不同,會影響催化劑的活性。由圖3可知,低濃度負(fù)載時(shí),催化劑的活性隨著負(fù)載量的增加而增強(qiáng)。當(dāng)負(fù)載量超過5%以后,活性的增加速率變小,原因是活性組分較少時(shí),活性組分能均勻分布在載體上。活性組分過多時(shí),會堵塞催化劑孔道,當(dāng)負(fù)載量繼續(xù)增大,還會造成催化效率下低,由此確定最佳負(fù)載量為5%。

        2.3 負(fù)載量對催化劑性能的影響

        實(shí)驗(yàn)中所用催化劑選用Cu、Mn兩種活性組分,制備物質(zhì)的量比Cu∶Mn=1∶1的復(fù)合氧化物催化劑,負(fù)載量為5%,考察不同的焙燒溫度,對催化劑活性的影響?;钚栽u價(jià)結(jié)果如圖4所示。

        由圖4可知,當(dāng)焙燒溫度低于500℃時(shí),隨著溫度升高,催化劑活性提高,在500℃時(shí)活性達(dá)到最強(qiáng),原因是較低的焙燒溫度使復(fù)合氧化物催化劑無法形成穩(wěn)定化合物。當(dāng)焙燒溫度過高時(shí),會改變催化劑活性組分價(jià)態(tài),亦或使催化劑燒結(jié),造成催化劑活性明顯下降。因此選擇500℃的焙燒溫度為最適宜溫度。

        圖4 不同焙燒溫度對催化劑性能的影響

        3 結(jié)論

        本實(shí)驗(yàn)采用熱吸附法制備催化劑,活性組分選用硝酸銅、硝酸錳、硝酸鈰的單一或組合,對臭氧等離子體等溫催化氧化甲苯進(jìn)行了催化劑性能評價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,有臭氧存在下,催化劑的反應(yīng)溫度明顯下降,且活性組分為物質(zhì)的量比Cu∶Mn=1∶1的復(fù)合氧化物、最佳負(fù)載量為5%、焙燒溫度在500℃時(shí),催化劑的活性最佳。

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