本发明属于环境保护技术领域，涉及一种室内空气污染物的吸附结合红外辅助催化再生的净化工艺，具体涉及一种吸附和红外诱导催化相结合的去除空气中甲醛等多种有机污染物的工艺。
背景技术：
室内空气中有机污染物主要来自建筑装饰材料、日用化学品及个人生活行为。甲醛、苯、甲苯等作为室内主要有机污染物，其对人体的呼吸系统、神经系统有很大危害。目前室内有机污染物的治理措施主要有吸附法、光催化法和低温等离子体法等。吸附法的适用性广，富集能力强，脱除效率高，但存在吸附饱和问题；光催化法的反应条件简单，可同时杀菌抑菌，但对室内低浓度污染物的催化反应速率较低，且对自然光的利用有局限；低温等离子体法处理流程短，适用性广，但能耗相对较高，对污染物的降解不完全，易产生二次污染。单一的净化手段或多或少存在自身的局限性。因此，不同净化措施的组合使用愈来愈受到关注。
公开号为CN101314101的发明专利公开了吸附与原位热催化氧化再生相结合的净化空气方法，利用兼具吸附和催化作用的多孔材料,以及起保护性吸附作用的多孔材料吸附空气中的低浓度甲醛和苯系物；在多孔材料吸附接近饱和的时候,启动电加热,激活兼具吸附和催化作用多孔材料的催化活性,催化氧化吸附在多孔材料表面的甲醛和苯系物为二氧化碳和水；与此同时,多孔材料的吸附能力得以再生；再生后的多孔材料重新用于吸附,如此循环实现空气的净化。
该方法利用兼具吸附和催化作用的含贵金属多孔材料以及起保护性吸附作用的活性炭吸附污染物，并通过电热板加热含贵金属多孔材料进行原位热催化氧化以达到污染物的去除和多孔材料吸附性能的再生。但在此工艺中，采用了传统的电加热模式，热量以热传导的方式进行传输，加热速度慢且易产生加热不均匀的现象。所采用的催化剂需要在170-210℃才能发挥催化作用，所需的反应温度远高于有机物从吸附材料表面脱附的温度(60℃以上就有明显的脱附作用发生)，结合电加热加热速度比较慢的特征，极易造成再给模块加热过程中催化剂和吸附材料吸附的有机污染物重新挥发逃逸回到室内空间，从而带来严重的二次污染问题。此外较高的催化反应温度需要提供较多的能源用于加热催化剂，同时给家庭住户的使用带来了潜在的安全隐患(火灾，烫伤事件等)。该方法采用的催化材料采用了吸附材料和吸附催化材料分离布置的方式，在吸附催化材料吸附饱和后还需采用手工操作的方式调换模块的布置次序，并非真正意义上的原位再生过程，给用户的使用增加了极大的不便利。
技术实现要素：
针对现有室内低浓度有机污染物处理技术存在的缺点，本发明结合最新的低温催化降解有机污染物技术，结合红外诱导催化再生的处理工艺，提出一种适用于室内甲醛等低浓度(5mg/m3以内)有机污染物长期有效去除的处理工艺。
为达到本发明的目的，采用以下的技术方案：
一种室内有机污染物吸附结合红外诱导催化再生的处理工艺，包括如下步骤：
(1)利用风机将室内空气引入颗粒物过滤层去除颗粒物；
(2)过滤后的空气进入反应室内，通过置于反应室中的纳米多孔吸附催化材料和红外吸收材料混合层，纳米多孔吸附催化材料进行污染物吸附富集，同时通过监测仪器监测反应室出口污染物浓度；当监测仪器显示出口浓度超过预设值时，风机停止，启动反应室内的红外灯进行光照，红外吸收材料原位吸收红外线并将其转化为热能驱动纳米多孔催化材料进行有机污染物的催化转化，光照时间维持0.5～1.5h；
(3)红外诱导催化氧化过程结束后，停止红外加热，风机重新开启，循环至步骤(1)。
所述预设值为室内空气质量标准中的有机物限值时(《室内空气质量标准》GB/T 18883-2002中的有机物限值。
当监测仪器显示出口浓度超过室内空气质量标准中的有机物限值时(《室内空气质量标准》GB/T 18883-2002)，风机停止，启动反应室内和混合材料层水平布置的红外灯进行热辐射处理，红外吸收材料原位吸收红外线并将其转化为热能驱动纳米多孔催化材料进行有机污染物的催化转化(混合材料层温升<100℃)，热辐射处理维持5～90min，对吸附富集的污染物进行有效去除；
红外诱导催化氧化过程结束后，停止红外热辐射处理，风机重新开启，循环至步骤(1)。
实现本发明目的的基本构思是：采用对甲醛等有机污染物有良好吸附性能和热催化氧化性能的纳米多孔材料作为吸附剂和催化剂，同时采用对红外线具有良好吸收性能的材料作为骨架结构。首先利用纳米多孔材料室温下的吸附性能对有机污染物进行吸附富集，当出口浓度接近室内环境空气质量中的有机污染物限值时，采用红外吸收材料快速、均匀的吸收红外灯的热辐射，进而诱导催化氧化反应的发生，利用其红外诱导的催化氧化过程对富集的甲醛等有机污染物进行彻底降解，恢复其吸附性能。当红外诱导催化氧化过程完毕以后，纳米多孔催化吸附材料重新进入有机污染物的吸附去除流程，继续进行有机污染物的吸附脱除。吸附和红外诱导催化氧化过程交替实施，从而实现对室内有机污染物的长效脱除。
优选地，所述的有机污染物可以是甲醛、甲苯、二甲苯中的一种或多种。
本发明所述的多孔吸附催化材料是指同时具有吸附功能和催化功能的材料。
优选地，所述多孔吸附催化材料可以是浸渍了活性成分的氧化铝或活性炭或分子筛，所述活性成分为δMnO2、纳米Pd颗粒和纳米Pt颗粒中的至少一种，所述活性成分与氧化铝或活性炭或分子筛的质量比为0.01～5，进一步优选，质量比为0.1～1。
进一步优选地，所述活性成分为δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒或三者的混合物；当为三者混合物时，δMnO2、纳米Pd颗粒和纳米Pt颗粒的质量比为(5～10)：1:1。
其中δMnO2、纳米Pd颗粒和纳米Pt颗粒的粒径大小为1-1000nm，δMnO2通过现有已知方法制备得到。
活性成分采用常规浸渍方法浸渍在氧化铝或活性炭或分子筛上，所述氧化铝具体可选择γAl2O3。
本发明的多孔吸附材料维持较高吸附性能的时间可达到40～60小时。
优选地，所述红外吸收材料可以是纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒、纳米Rh颗粒或者上述材料的混合物，也可以是浸渍了纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒、纳米Rh颗粒的氧化铝或活性炭或分子筛，其中纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒、纳米Rh颗粒与氧化铝或活性炭或分子筛的质量比为0.01～5，进一步优选为0.1～1。
浸渍采用常规浸渍方法。其中纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒、纳米Rh颗粒的粒径为1-1000nm。
优选地，多孔吸附催化和红外吸收材料的比例为质量比0.2-2，均匀混合，进一步优选为0.5～2。
进一步优选地，所述多孔吸附催化材料和红外吸收材料的组合为：
所述纳米多孔吸附催化材料为浸渍了活性成分的氧化铝或活性炭，所述活性成分为δMnO2、纳米Pd颗粒和纳米Pt颗粒中的至少一种，所述活性成分与氧化铝或活性炭的质量比为0.1～1；所述红外吸收材料为浸渍了纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒或纳米Rh颗粒的氧化铝或活性炭，其中纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒或纳米Rh颗粒与氧化铝或活性炭的质量比为0.1～1；更进一步优选地，纳米多孔吸附催化材料中活性成分与氧化铝或活性炭的质量比为0.1～0.5；红外吸收材料中纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒或纳米Rh颗粒与氧化铝或活性炭的质量比为0.1～0.5。
更进一步优选地，在纳米多孔吸附催化材料中活性成分与氧化铝或活性炭的质量比为0.1～0.5；红外吸收材料中纳米Fe3O4、纳米NiO颗粒、纳米Pd颗粒、纳米Au颗粒、纳米Ru颗粒或纳米Rh颗粒与氧化铝或活性炭的质量比为0.1～0.5；多孔吸附催化和红外吸收材料的比例为质量比为0.5～2的基础上所述多孔吸附催化材料和红外吸收材料从如下组合中选择：
(1)纳米多孔吸附催化材料为δMnO2/活性炭；所述红外吸收材料为Fe3O4。
(2)纳米多孔吸附催化材料为Pd颗粒/活性炭；所述红外吸收材料为纳米金颗粒。
(3)纳米多孔吸附催化材料为Pt颗粒/γAl2O3；所述红外吸收材料为纳米Rh颗粒。
(4)纳米多孔吸附催化材料为δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒三者的混合物/γAl2O3；所述红外吸收材料为纳米Rh颗粒。
上述组合特别适用于甲醛的去除，配合红外灯照射0.5～1.2h，甲醛的去除率稳定在98以上。
(5)纳米多孔吸附催化材料为δMnO2/γAl2O3；所述红外吸收材料为Ru颗粒/γAl2O3。
(6)纳米多孔吸附催化材料为δMnO2/活性炭；所述红外吸收材料为NiO颗粒/活性炭。
(7)纳米多孔吸附催化材料为δMnO2+纳米Pd颗粒/活性炭；所述红外吸收材料为纳米Fe3O4颗粒/活性炭。
(8)纳米多孔吸附催化材料为为δMnO2和纳米Pt颗粒/活性炭；所述红外吸收材料为纳米Au颗粒/活性炭。
(9)纳米多孔吸附催化材料为δMnO2-Pd-Pt/AC；所述红外吸收材料为Pd颗粒/活性炭。
上述组合特别适用于甲苯的去除，配合红外灯照射1～1.5h，甲苯的去除率稳定在98以上。
更进一步地，上述组合(1)中δMnO2/活性炭(质量比0.2:1)；上述组合(2)中Pd颗粒/活性炭(质量比0.1:1)；上述组合(3)中Pt颗粒/γAl2O3(质量比0.2:1)；上述组合(4)中δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒三者的混合物/γAl2O3(δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒的质量比
1:0.1:0.1)；上述组合(5)中δMnO2/γAl2O3(质量比0.2:1)、Ru颗粒/γAl2O3(质量比0.2:1)；上述组合(6)中δMnO2/活性炭(质量比0.2:1)、NiO颗粒/活性炭(质量比0.5:1)；上述组合(7)中δMnO2+纳米Pd颗粒/活性炭(其中，δMnO2和纳米Pd颗粒的质量比5:1，混合物与活性炭的质量比为0.2:1)、纳米Fe3O4颗粒/活性炭(质量比0.3:1)；上述组合(8)中δMnO2和纳米Pt颗粒/活性炭(其中，δMnO2和纳米Pt颗粒的质量比6:1，混合物与活性炭的质量比为0.3:1)、纳米Au颗粒/活性炭(质量比0.1:1)；上述组合(9)中δMnO2-Pd-Pt/AC(δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒的质量比5:1:1)、Pd颗粒/活性炭(质量比0.2:1)。
与上述优选材料组合对应的，本发明中红外灯的照射时间为0.5～1.5h，该照射时间范围内，混合材料层的温度吸收红外辐射升温在100℃以内，优选升温至50℃～100℃，进一步优选地，红外灯的照射时间为0.8～1.5h。
进一步优选地，所述红外灯的功率为100-1000W。
优选地，所述的红外灯的发射波长为700-2000nm。
优选地，所述颗粒物过滤层的材料为H12级以上的HEPA高效过滤膜。
优选地，红外灯加热使纳米多孔材料层升温至50℃～100℃。进一步优选，升温至70～100℃。
优选地，还设有控制器，所述监测仪器接入该控制器，所述风机和红外灯接入并受控于该控制器；监测仪器将监测数据传输给控制器，控制器根据监测数据与预设值的比较结果发出不同指令给风机和红外灯。
当监测数据高于超过预设值时，控制器发出指令给风机，风机停止，同时发出启动指令给红外灯，启动红外灯照射混合材料层红外灯诱导催化氧化过程结束后(以预设时间为确认标准，0.5-1.5h)发送指令给风机和红外灯，启动风机并关闭红外灯。
优选地，室内空气经过微波腔的空速为5000～10000m3/h。本发明具有如下有益效果：
(1)由于红外吸收材料与多孔催化吸附材料均匀混合在一起，可以高效将热辐射均匀分布至整个复合材料层，热能均匀地在整个复合材料层内部原位产生，直接驱动催化过程的发生，有效避免电加热过程中由于加热速度慢导致的吸附有机物二次逃逸现象。
(2)热能通过红外吸收材料的表面等离子体效应产生，光热转化高效，且在催化体系内部产生，利用效率高，结合δMnO2、纳米Pd、纳米Pt催化剂优异的低温活性，实现在低温下对室内低浓度有机污染物的高效降解，对甲醛、甲苯等有机污染物的去除效率>90％，复合材料层温升<100℃。
(3)采用一体化的纳米多孔催化吸附材料和红外吸收材料混合层布置，再生不需要调整处理模块的位置，同时不需要布置复杂的加热模块和对再生过程进行精密的温度控制，极大的提高了用户的使用便利性，降低了净化设备的投资成本。
(4)所采用的MnO2为特定晶相的δMnO2，采用的贵金属催化剂为纳米级别的Pt、Pd颗粒，这些催化剂的特征都在于低温(60-100℃)就能发生催化降解作用，有效的避免了吸附的有机污染物在达到催化降解温度前从吸附催化材料中脱附并逃逸。
(5)工艺过程简单，不需要安装电加热处理模块和温度控制模块，采用的兼具吸附和催化性能的多孔材料廉价环保，易被市场接受。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
图1中附图标记如下：
1—风机，2—过滤层，3—反应室，4—多孔材料和红外吸收材料层，5—监测器，6—控制器，7—红外灯。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的工艺流程图：
步骤如下：
(1)利用风机将室内空气引入颗粒物过滤层去除颗粒物；
(2)过滤后的空气进入反应室内，通过置于反应室中的纳米多孔吸附催化材料和红外吸收材料混合层，纳米多孔吸附催化材料进行污染物吸附富集，同时通过监测仪器观察出口污染物浓度，监测仪器将监测数据传输给控制器，控制器根据监测数据与预设值的比较结果发出不同指令给风机和红外灯。
当监测数据高于超过预设值时，控制器发出指令给风机，风机停止，同时发出启动指令给红外灯，启动红外灯，纳米多孔材料层吸收红外线并通过表面等离子体效应原位产生热能，并将热能直接传递给接触的纳米多孔催化材料层促使其发生催化降解过程，红外灯光照维持0.5～1.5h；设置的红外光照时间到达后发送指令给风机和红外灯，启动风机关闭红外灯。
(3)红外灯诱导催化氧化过程结束后，停止红外灯光照，风机重新开启，循环至步骤(1)。
上述步骤循环往复进行。
采用如图1所示的工艺流程进行的实施例如下：
实施例1
纳米多孔吸附催化材料为δMnO2/活性炭，将δMnO2和活性炭按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到δMnO2/活性炭。采用的红外吸收材料为Fe3O4，吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为0.5，有机污染物为甲醛，测试空速为50000/h，进口甲醛浓度为5mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为80h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持1.2h，甲醛去除率稳定在98％以上。
实施例2
纳米多孔吸附催化材料为纳米Pd颗粒/活性炭，将纳米Pd颗粒和活性炭按照质量比0.1:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到纳米Pd颗粒/活性炭。采用的红外吸收材料为纳米金颗粒，吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为0.8，有机污染物为甲醛，测试空速为100000/h，进口甲醛浓度为5mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为20h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持0.8h，甲醛去除率稳定在98％以上。
实施例3
纳米多孔吸附催化材料为纳米Pt颗粒/γAl2O3，将纳米Pt颗粒和γAl2O3按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到纳米Pt颗粒/γAl2O3。，采用的红外吸收材料为纳米Rh颗粒，吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为1.5，有机污染物为甲醛，测试空速为200000/h，进口甲醛浓度为5mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为60h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持1h，甲醛去除率稳定在98％以上。
实施例4
纳米多孔吸附催化材料为δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒三者的混合物/γAl2O3，将δMnO2、纳米Pd颗粒和纳米Pt颗粒按照质量比1:0.1:0.1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒三者的混合物/γAl2O3，δMnO2、纳米Pd颗粒、纳米Pt颗粒三者的混合物与γAl2O3的质量比为4:1。；采用的红外吸收材料为纳米Pt颗粒，吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为2.0，有机污染物为甲醛，测试空速为300000/h，进口甲醛浓度为4mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为80h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持0.5h，甲醛去除率稳定在98％以上。
实施例5
纳米多孔吸附催化材料为δMnO2/γAl2O3，将δMnO2和γAl2O3按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到δMnO2/γAl2O3。红外吸收材料为纳米Ru颗粒/γAl2O3，将氯化钌和γAl2O3按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，200℃氢气还原2h，得到纳米Ru颗粒/γAl2O3。吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为1.0。有机污染物为甲苯，测试空速为50000/h，进口甲苯浓度为5mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为40h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持1.5h，甲苯去除率稳定在99％以上。
实施例6
纳米多孔吸附催化材料为δMnO2/AC，将δMnO2和活性炭按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到δMnO2/AC。红外吸收材料为纳米NiO颗粒/AC，将硝酸镍和活性炭按照质量比0.5:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到纳米NiO颗粒/AC。吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为1.5。有机污染物为甲苯，测试空速为30000/h，进口甲苯浓度为5mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为40h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持0.5h，甲苯去除率稳定在99％以上。
实施例7
纳米多孔吸附催化材料为δMnO2+纳米Pd颗粒/AC，将质量比为5:1的δMnO2和纳米Pd颗粒的混合物和活性炭按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到δMnO2-Pd/AC。红外吸收材料为纳米Fe3O4颗粒/AC，将硝酸铁和活性炭按照质量比0.3:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到纳米Fe3O4颗粒/AC。吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为2.0。有机污染物为甲苯，测试空速为30000/h，进口甲苯浓度为5mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为40h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持1h，甲苯去除率稳定在99％以上。
实施例8
纳米多孔吸附催化材料为δMnO2和纳米Pt颗粒/AC，将质量比为6:1的δMnO2和纳米Pt颗粒的混合物和活性炭按照质量比0.3:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到δMnO2-Pt/AC。红外吸收材料为纳米Au颗粒/AC，将氯化金和活性炭按照质量比0.1:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，200℃氢气还原1h；得到纳米Au颗粒/AC。吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为2:1。有机污染物为甲苯，测试空速为30000/h，进口甲苯浓度为4mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为90h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持1.5h，甲苯去除率稳定在99％以上。
实施例9
纳米多孔吸附催化材料为δMnO2、纳米Pd颗粒和纳米Pt颗粒的混合物/AC，三者的混合比例为质量比5:1:1，将混合物和活性炭按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，得到δMnO2-Pd-Pt/AC。红外吸收材料为纳米Pd颗粒/分子筛，将氯化钯和分子筛按照质量比0.2:1混合加入去离子水中，剧烈搅拌混合均匀，抽滤后50～100℃干燥4～12h，200℃氢气还原1h；得到纳米Pd颗粒/AC。吸附催化材料和红外吸收材料的质量比为1.5。有机污染物为甲苯，测试空速为30000/h，进口甲苯浓度为5mg/m3，测试结果显示常温下(25℃)多孔材料维持较高吸附性能的时间为100h，吸附饱和后，进行红外灯照射，维持1.2h，甲苯去除率稳定在99％以上。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。