一种室温下脱除气体中低浓度苯系物的催化剂和应用 【技术领域】
本发明属于气体净化处理技术领域，涉及一种室温下脱除气体中低浓度苯系物的催化剂和应用。
背景技术
苯系物包括苯、甲苯、二甲苯(又称“三苯”)等，是工业废气和室内空气中最常见的有机污染物。苯系物为无色具有特殊芳香气味的气体，经皮肤接触和吸收引起中毒，会造成嗜睡、头痛、呕吐等。苯系物被国际癌症研究机构确认为有毒致癌物质。苯系物中以苯的毒性最大，被国际卫生组织列为强烈致癌物质。慢性苯中毒会出现头痛、失眠、精神不振、记忆力减退等神经衰弱症状，严重时导致再生障碍性贫血，引起白血病。因此，工业废气和室内空气中苯系物的治理势在必行。但苯系物中都含有稳定的苯环结构，其浓度又通常较低，而且对室内空气中苯系物的脱除又必须要求在室温下进行，所以工业上常用的热焚烧法、生物降解法等气体净化方法难以胜任苯系污染物的治理。
等离子体法一般是利用电晕放电、介质阻挡放电等低温等离子体技术在大气压和室温下对气体进行净化处理的方法。它应用于含苯系物的气体净化时，虽可获得较高的苯系物转化率，但存在有毒副产物问题(生成气溶胶粒子、CO和氮氧化物等)。催化氧化法是脱除挥发性有机污染物的一种重要方法，但苯系物的催化氧化反应活化能较高，难以在室温下发生，因此迄今未见有室温下催化氧化脱除苯系物的报导。但是，等离子体与催化技术的结合可实现室温下脱除气体中低浓度苯系物。一个已公开的中国专利申请(申请号200710044393.6)，将等离子体、静电除尘和催化氧化技术三段式结合，以实现室温下脱除苯系污染物。在该系统中，苯系物经等离子体处理产生的气溶胶固体副产物，在静电除尘区被捕集，产生的CO等有害气相副产物在后续的催化剂上被氧化为CO2，残余的O3同时被催化分解。该系统与通常的等离子体方法还存在的一个问题是，处理气体时均需要等离子体放电装置一直连续工作。这对脱除低浓度苯系物而言，尤其是脱除室内空气中ppb级苯系污染物，必然存在高能耗和氮氧化物副产物问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种对苯系物具有吸附存储功能与等离子体催化氧化功能的催化剂，通过长周期的存储阶段与短周期的放电阶段的交替运行，实现室温下脱除气体中低浓度苯系物，解决现有的等离子体法脱除低浓度苯系物存在的高能耗和有毒副产物问题。
为实现此目的，本发明的技术方案是以Ag和Cu或其中一种为催化剂的主要活性组份，采用浸渍法或离子交换法将活性组份负载于ZSM-5型分子筛载体上，烘干后再经500℃-600℃焙烧2-3小时，即得该催化剂。该催化剂的化学组成表达式为M/ZSM-5，其中M为Ag和Cu中的一种或两种，Ag或Cu的重量百分比为0-10％，而且至少一种重量百分比不为0。将该催化剂装填于介质阻挡放电等离子体反应器中，应用于交替运行的存储和放电两个阶段。在存储阶段，污染气体流经该反应器，其中低浓度苯系物先吸附存储在该催化剂上；在放电阶段，启动放电，吸附存储在该催化剂上的苯系物经等离子体催化氧化为二氧化碳和水。存储阶段的周期为1-24小时，放电阶段的周期为0.1-1小时，这两个阶段交替运行。
本发明的效果和益处是，所提供的一种对苯系物具有吸附存储功能与等离子体催化氧化功能的催化剂，不仅对干或湿气体中低浓度苯系物具有优异的选择吸附性能和高的吸附存储容量，而且在室温下经等离子体驱动可将吸附态苯系物完全催化氧化为二氧化碳和水。该催化剂使存储阶段的周期远大于放电阶段的周期，即等离子体放电装置的工作时间显著缩短。这极大地降低了能耗，而且有效地避免了有害副产物的生成。因此，该催化剂非常适用于室温下脱除气体中低浓度苯系物，尤其适用于脱除室内空气中苯系污染物。
【具体实施方式】
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1.
以粉状HZSM-5为载体，等体积浸渍于AgNO3溶液中12小时，于120℃烘干6小时，550℃焙烧3小时，制得Ag/ZSM-5催化剂。该催化剂中Ag负载量的重量百分比为0.4％。该催化剂经压片、破碎和过筛，获得20-40目粒度大小。
实施例2.
将实施例1制得的1g 20-40目的Ag/HZSM-5催化剂颗粒装填于介质阻挡放电反应器中。在该反应器中，直径3mm的不锈钢高压电极位于内径8mm、厚度1mm的石英玻璃管的轴心，接地电极为涂覆于石英管外壁的银电极。常温常压下，含4.7ppm苯、相对湿度为50％的模拟空气以600ml/min的流量流经该反应器，气流中的苯先吸附存储于Ag/HZSM-5催化剂上。存储阶段的周期为1小时。然后，60ml/min地氧气气流切换至该反应器，将交流高压施加于该反应器的高压电极启动放电。当放电功率为4.7W、放电阶段的周期为10分钟时，全部吸附存储的苯可完全氧化为CO2，基本不产生有害副产物CO。
实施例3.
将实施例1制得的1g 20-40目的Ag/HZSM-5催化剂颗粒装填于实施例2所述的介质阻挡放电反应器中。常温常压下，含4.7ppmv苯、相对湿度为50％的模拟空气以600ml/min的流量流经该反应器，气流中的苯先吸附存储于Ag/HZSM-5催化剂上。存储阶段的周期为14小时。然后，60ml/min的氧气气流切换至该反应器，将交流高压施加于该反应器的高压电极启动放电。当放电功率为4.7W、放电阶段的周期为24分钟时，全部吸附存储的苯可完全氧化为CO2，基本不产生有害副产物CO。