协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及生物炭质催化剂技术领域，具体涉及协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法。

背景技术

化工企业排放的废气中往往包含多种污染物，常见的有机气体污染物如苯、环己烷、己二胺等，严重污染环境。目前工业生产中常见的有单一处理苯系物、烃类VOCs等，所以在实际废气净化过程中采取一种催化剂协同处理多种VOCs成分显得尤为关键且更接近废气的真实情况。因此开发适用于低温条件下协同处理苯、环己烷、己二胺的新型催化剂是实现化工企业尾气高效净化的关键。

农作物收割产生大量的玉米秸秆、小麦秸秆等副产物，通常采用焚烧方式处理，导致严重的大气污染。因此，利用制备的金属改性农业废弃物生物炭质复合催化剂处理环境污染物对环保事业具有重要意义。

以苯、环己烷、己二胺为目标产物，制备锰基催化剂，引入贵金属钯以提高催化剂的氧化还原能力，实现低温高效协同去除苯、环己烷、己二胺混合污染气体。通过改变锰盐和贵金属钯的用量对催化剂的催化活性进行优化，为化工企业排放的尾气净化技术提供理论依据。

如何设计一种方法合理可行，设计巧妙，投资及运行成本低，易实现工业化应用，减少秸秆垃圾焚烧对大气带来的二次污染，有很好社会和经济效益的协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法是目前需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有化工企业排放的废气中往往包含多种污染物，常见的有机气体污染物如苯、环己烷、己二胺等，严重污染环境，农作物收割产生大量的玉米秸秆、小麦秸秆等副产物，通常采用焚烧方式处理，导致严重的大气污染等技术问题，本发明提供协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法，来实现方法合理可行，投资及运行成本低，易实现工业化应用，减少秸秆垃圾焚烧对大气带来的二次污染，有很好社会和经济效益的目的。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法，制备方法包括以下步骤，

步骤一，将1 ~ 3 g农业废弃物生物炭质置于浓度为0.5 ~ 5 mol/L的锰金属盐溶液中，搅拌1小时；

步骤二，将上述步骤一的产物在60 ~ 70℃下超声处理1 ~ 2 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤三，将0.5 ~ 5mL浓度为0.1 ~ 2mmol/L的氯钯酸溶液置于上述步骤二的烘干产物中，并在60 ~ 70℃下超声浸渍3 ~6 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤四，将步骤三烘干后的固体置于马弗炉内，以1~ 5 ℃/min从室温升至350℃，恒温1 ~3 小时，随后以1~5 ℃/min 继续升温至550 ℃并保温1 ~ 4 小时，制备过程结束。

所述步骤一的农业废弃物生物炭质为农作物秸秆。

所述步骤一的锰金属盐为硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰或氯化锰。

所述步骤四中烘干后固体焙烧分为两个阶段：第一阶段，1 ~ 5 ℃/min从室温升至350℃，恒温1 ~ 3 小时；第二阶段，1 ~ 5 ℃/min 继续升温至550 ℃，恒温1 ~ 4 小时。

其用于反应的挥发性有机污染物包括苯、环己烷或己二胺，苯的浓度为100~1000ppm，环己烷浓度为50~500ppm，己二胺浓度为50~500ppm，且催化还原的反应温度为150~350℃之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、催化剂的生物质原料来源于农业废弃物，减少垃圾焚烧对大气带来的二次污染；

2、适用于化工企业排放的苯、环己烷、己二胺三种挥发性有机污染气体的协同催化氧化，适用于实际工业生产；

3、该方法制得的Mn-Pd-Ox/生物炭质催化剂具有较高的催化氧化性能，在较低的反应温度下对有机污染物进行高效催化氧化。

附图说明

图1是本发明实施例一分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图；

图2是本发明实施例一混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图；

图3是本发明实施例二分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图；

图4是本发明实施例二混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图；

图5是本发明实施例三分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图；

图6是本发明实施例三混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图；

图7是本发明实施例四分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图；

图8是本发明实施例四混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例一，

协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法，制备方法包括以下步骤，

步骤一，将1g秸秆生物炭质置于浓度为1 mol/L的硫酸锰金属盐溶液中，搅拌1小时；

步骤二，将上述产物在70℃下超声处理1 ~ 2 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12h；

步骤三，将2mL浓度为1mmol/L的氯钯酸溶液置于上述烘干产物中，并在70℃下超声浸渍3 ~ 6 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤四，将烘干后的固体置于马弗炉内，以2 ℃/min从室温升至350℃，恒温1 小时，随后以1 ℃/min 继续升温至550 ℃并保温4 小时。

其用于反应的挥发性有机污染物包括苯、环己烷或己二胺，苯的浓度为100~1000ppm，环己烷浓度为50~500ppm，己二胺浓度为50~500ppm，且催化还原的反应温度为150~350℃之间。

图1是本发明实施例一分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图，分别去除苯、环己烷、己二胺的转化率为95，90，75%。

图2是本发明实施例一混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图，混合去除苯、环己烷、己二胺的转化率为80，70，55%。

实施例二

协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法，制备方法包括以下步骤，

步骤一，将2g玉米芯生物炭质置于浓度为1 mol/L的硝酸锰金属盐溶液中，搅拌1小时；

步骤二，将上述产物在60℃下超声处理2 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤三，将4 mL浓度为1mmol/L的氯钯酸溶液置于上述烘干产物中，并在60℃下超声浸渍3 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤四，将烘干后的固体置于马弗炉内，以2 ℃/min从室温升至350℃，恒温1 小时，随后以1 ℃/min 继续升温至550 ℃并保温4 小时。

其用于反应的挥发性有机污染物包括苯、环己烷或己二胺，苯的浓度为100~1000ppm，环己烷浓度为50~500ppm，己二胺浓度为50~500ppm，且催化还原的反应温度为150~350℃之间。

图3是本发明实施例二分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图，分别去除苯、环己烷、己二胺的转化率为92，91，76%。

图4是本发明实施例二混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图，混合去除苯、环己烷、己二胺的转化率为84，66，54%。

实施例三

协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法，制备方法包括以下步骤，

步骤一，将2g核桃壳生物炭质置于浓度为1 mol/L的乙酸锰金属盐溶液中，搅拌1小时；

步骤二，将上述产物在60℃下超声处理2 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤三，将4 mL浓度为1mmol/L的氯钯酸溶液置于上述烘干产物中，并在60℃下超声浸渍3 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤四，将烘干后的固体置于马弗炉内，以2 ℃/min从室温升至350℃，恒温1 小时，随后以1 ℃/min 继续升温至550 ℃并保温4 小时。

其用于反应的挥发性有机污染物包括苯、环己烷或己二胺，苯的浓度为100~1000ppm，环己烷浓度为50~500ppm，己二胺浓度为50~500ppm，且催化还原的反应温度为150~350℃之间。

图5是本发明实施例三分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图，分别去除苯、环己烷、己二胺的转化率为93，92，78%。

图6是本发明实施例三混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图，混合去除苯、环己烷、己二胺的转化率为86，70，60%。

实施例四

协同净化挥发性有机污染物的生物炭质催化剂的制备方法，制备方法包括以下步骤，

步骤一，将1g甘蔗渣生物炭质置于浓度为1 mol/L的乙酸锰金属盐溶液中，搅拌1小时；

步骤二，将上述产物在60℃下超声处理2 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤三，将2 mL浓度为1mmol/L的氯钯酸溶液置于上述烘干产物中，并在60℃下超声浸渍3 小时后，置于105℃烘箱内，烘干12 h；

步骤四，将烘干后的固体于马弗炉内，以2 ℃/min从室温升至350℃，恒温1 小时，随后以1 ℃/min 继续升温至550 ℃并保温4 小时。

其用于反应的挥发性有机污染物包括苯、环己烷或己二胺，苯的浓度为100~1000ppm，环己烷浓度为50~500ppm，己二胺浓度为50~500ppm，且催化还原的反应温度为150~350℃之间。

图7是本发明实施例四分别去除挥发性有机污染物的转化率示意图，分别去除苯、环己烷、己二胺的转化率为96，94，80%。

图8是本发明实施例四混合去除挥发性有机污染物的转化率示意图，混合去除苯、环己烷、己二胺的转化率为85，80，55%。

实际应用中，该发明采用的农业废弃物生物炭质为秸秆，也可以选择核桃壳、甘蔗渣、玉米芯、松子壳、辣椒秆等，催化剂的生物质原料来源于农业废弃物，减少垃圾焚烧对大气带来的二次污染，利用制备的金属改性农业废弃物生物炭质复合催化剂处理环境污染物对环保事业具有重要意义。

本发明方法合理可行，投资及运行成本低，易实现工业化应用，减少秸秆垃圾焚烧对大气带来的二次污染，有很好社会和经济效益，解决现有化工企业排放的废气中往往包含多种污染物，常见的有机气体污染物如苯、环己烷、己二胺等，严重污染环境，农作物收割产生大量的玉米秸秆、小麦秸秆等副产物，通常采用焚烧方式处理，导致严重的大气污染等技术问题，对现有技术来说，具有很好的市场前景和发展空间。

上面结合附图对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。