消除车内空气中二甲苯污染物的等离子催化技术

消除车内空气中二甲苯污染物的等离子催化技术

技术领域

本发明为一种室温高效去除二甲苯污染物的整体技术，涉及室温等离子体、臭氧分解、环境催化等领域。其特征是空气中的二甲苯污染物依次经过低温等离子体、静电除尘和催化系统就能得到有效去除。同时不会产生臭氧新污染物，而且不会产生二次污染，克服了等离子体在车内空气净化领域的应用瓶颈。

本发明还涉及上述集成技术应用于制备各种环保、空气污染物治理和医疗以及涂料、塑料、橡胶和织物等于二甲苯相关行业污染物的治理。

背景技术

二甲苯是车内主要的空气污染物之一，通常来源于车内装修或装饰材料，如车内使用的装饰材料如仪表台、车窗的朔料件、真皮座椅和海棉坐垫、人造地板等处使用的粘合剂以及车体上的喷漆等都会产生二甲苯有害物质。因汽车内空间狭小、密封性能好更容易造成车内环境的污染，尤其是新车污染更大。研究表明人在短时间内吸入高浓度的二甲苯，可出现中枢神经系统麻醉作用，轻者头晕、头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊，严重者可致昏迷以致呼吸、循环衰竭而死亡。如果长期接触一定浓度的二甲苯还会引起慢性中毒，可出现头痛、失眠、精神委靡、记忆力减退等神经衰弱样症状。因此二甲苯已经被世界卫生组织确定为强烈致癌物质。《室内空气质量标准》规定二甲苯的最高允许浓度限定为0.2mg/m³(2002年开始实行)。长期监测结果显示，对于新新车的车内空气而言，二甲苯污染物超标率可以达到1-100倍，车内环境中的挥发性二甲苯污染物的治理迫在眉睫。

改善车内空气二甲苯污染的常用的方法有开窗通风、活性炭的物理化学吸附、等离子体技术、光催化技术和热催化技术等净化方式。其中吸附法是最常用的二甲苯净化方式。尽管吸附法具有一定的去除效率、富集功能和能耗较小等特点，从而成为治理二甲苯较常用的方法。然而，无论物理吸附还是化学吸附都不能得到满意的效果，因为当吸附和脱附达到平衡时，吸附剂就会失效或需要再生。等离子体技术对二甲苯气体有一定的净化效率，但净化效率受工作电压的影响，一般要得到较高的净化效率，必须提高工作电压，这样就会导致 新的污染物出现，如有机污染物在等离子放电时容产生的一氧化碳，臭氧和甲醛等有害的副产物，造成二次污染。这些均限制了等离子体技术的应用。光催化虽然具有很强的广谱性，其缺点是效率较低，并且往往导致二甲苯分解不完全甚至产生对人体更加有害的副产物，同时也有臭氧产生。催化技术具有很多的优势是：处理废气效率高、处理量大、处理完全、没有二次污染以及不存在吸附饱和等问题，特别对低浓度污染物的处理非常有效。但是，催化技术在室温下对二甲苯的去除率很低或者是没有效率。由上述可知，等离子体和催化技术等单一技术均有其优点，也有它的固有无法克服的弊端。所以将两种技术有机结合将导致较高的净化效率。

本发明是等离子体和催化技术的优势叠加、劣势互补的高效去除二甲苯污染物的高新集成技术，实现了在常湿常温条件下去除车内空气中二甲苯污染物的目的。本发明的目的是提供低温等离子催化去除空气中二甲苯污染物集成技术以及制备方法和应用。

发明内容

本发明的目的1：提供一种低温等离子催化去除空气中二甲苯的集成技术。

本发明的目的2：提供制备一种低温等离子催化去除空气中二甲苯集成技术的制备方法。

本发明的目的3：涉及上述集成技术应用于制备各种环保、空气污染物治理和医疗以及涂料、塑料、橡胶和织物等于二甲苯相关行业二甲苯污染物的治理。本发明的目的是通过以下技术方案来实现

本发明的目的是提供一种等离子体和催化集成技术。此集成技术实现了室温高效地去除车内的二甲苯污染物，没有二次污染的目的，具体的技术方案如下：

1.二甲苯的等离子聚合成固体颗粒物

二甲苯在等离子体的作用下发生等离子聚合(plasma polymerization)和等离子引发聚合(plasma-initiated polymerization)反应而，得到较大的固体聚合颗粒物。

2.固体颗粒物荷电去除

固体聚合颗粒物在等离子的作用下荷电，然后在静电区收集，从而达到去除空气中的二甲苯污染物的目的。

3.二甲苯的分解反应

在等离子体作用下，高能电子与二甲苯作用后发生一系列的反应被降解为二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，同时部分二甲苯转化为一氧化碳(CO)和甲醛(HCHO)等小分子，并且有臭氧产生。

4.小分子的催化去除

催化剂在室温下高效地分解由等离子体放电时产生的臭氧成氧气，催化剂氧化由高能电子与二甲苯作用生成的一氧化碳和甲醛等小分子成无毒害的二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，不会产生二次污染。

本发明技术效果

本发明的技术效果是一种室温可以彻底去除空气中的二甲苯集成技术，特征：在室温常湿条件下将空气中浓度为0.010～200mg/m³的二甲苯污染物全部去除，没有有毒的副产物臭氧产生，适用于各种车的车内空气中二甲苯污染物的消除。

本发明的优点

1.本发明二甲苯在低温等离子体发生聚合成固体颗粒物，然后在者静电区荷电后通过静电收集，因此不会造成环境颗粒物污染。

2.本发明催化剂具有多功能性，在室温下能将臭氧、一氧化碳和甲醛等有害物，氧化为无害的氧气、二氧化碳和水，克服了等离子体在车内空气净化领域的应用瓶颈。

具体实施方式

实施例一

本发明的集成系统净化装置包括三个主要的部分，即低温等离子体、静电除尘器和催化剂。

低温等离子体：采用多层同心圆筒式反应器的设计，将放电间隙缩小为0.2cm，这样可以充分将同等电压下的电场强度增大，同时由于放电间隙的减小必然会使气体可通过流量减小，这样会大大增大反应器处理污染气体的能力。主要设计参数：放电腔内径：2cm；放电腔外径：4cm；放电腔长度：5cm；放电 间隙：0.2cm；阻挡介质：石英玻璃；介质厚度：0.2cm；活性氧化铝圆筒板材。电压为1-16kV。

静电除尘器：静电除尘器利用库仑力捕集粉尘，流经除尘器的阻力很小，为98～300Pa。使用的电压是1-16kV。实验结果表明在没有使用静电除尘器时，出口处的PM10和PM2.5分别是2.28和3.66mg/m³，使用后均降为0.01mg/m³。见表1

性能测试主要由气体发生装置、集成系统净化装置和分析仪器三个部分组成。气体发生装置：将二甲苯的纯液体置于恒温水浴槽中，由空气瓶将二甲苯系物的蒸汽带出，调节恒温水浴槽的温度得到不同的二甲苯蒸汽的浓度。然后经过集成系统净化装置，二甲苯系物蒸汽的浓度由气相谱HP 6890N气相谱仪测定浓度。

表1等离子体所用的电压对去除二甲苯效果的影响。

实施例二

室温多功能催化剂如下：

钛-钴固溶体粉末的制备：按照将可溶性的二价钛盐、二价钴盐和强氧化剂在酸性溶液中混合，生成的黑沉淀物在90～100℃的水溶液中剧烈搅拌回流12～48h后，过滤、洗涤，在100～150℃干燥10～24h，然后在200～700℃焙烧得到钛-钴固溶体粉末。

钛-钴固溶体蜂窝陶瓷整体型催化剂的制备：称取一定量的钛-钴固溶体粉末，加入一定比例的去离子水和硅胶粘合剂，高速搅拌1～24h，得到一定浓 度的钛-钴固溶体复合氧化物浆液。将预先处理好的蜂窝陶瓷(400psi)浸渍在配制好的上述浆液中，浸渍0.5～5min后取出，吹尽孔道中的残液，在空气中阴干后80～130℃干燥8～24h，在200～800℃空气下焙烧1～24h，得到掺杂的氧化钛蜂窝陶瓷整体型催化剂。

将得到钛-钴固溶体氧化物的堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍在含铂银金属前驱体水溶液中，其中Pt的浓度为0.001～0.05mol/l，银为浓度是0.001～0.05mol/l，80-150℃烘干，200-700℃焙烧2-24h。重复几次使铂金的金属含量占总量的1-10％。然后将负载铂金的蜂窝陶瓷载体样品于200-600℃的纯氢气中1-36h分别得到蜂窝整体型催化材料。

性能测试：在室温(18～25℃)和相对湿度为40-100％的条件下，风速为3.0m/s。甲醛、一氧化碳和二甲苯用痕量气体分析质谱仪和气相谱分析。臭氧用臭氧分析仪检测(Photometric O₃ analyzer Model 400E，Teledyne Inc，USA)。性能结果见表2.

表2多功能催化剂对甲醛、臭氧和一氧化碳催化剂的去除效果。电压(12kV)

实施例三

等离子体和催化剂集成技术对二甲苯去除的结果。测试条件同实施例二，使用电压是12kV，连续使用六个月，集成系统非稳定：二甲苯的浓度都＜0.02mg/m³以下，臭氧的浓度＜0.03mg/m³，一氧化碳的浓度＜0.04mg/m³以下，甲醛＜0.01mg/m³。