DBD等离子体下催化降解甲基橙及二氧化碳活化研究

发布时间：2020-06-09 11:38

【摘要】：本论文研究将等离子体技术运用于染料污水处理和CO_2资源化利用。实验根据等离子体反应的特性,与催化剂相结合,利用等离子体与催化剂协同效应来增加染料污水的降解率和CO_2碳资源利用率。实验在介质阻挡放电等离子体反应装置中常温常压下降解甲基橙染料,结果显示有明显的降解效果,加入MIL-101系列催化剂后,等离子体与催化剂产生协同效应,促进了甲基橙降解反应。研究发现,相对于分别单独的DBD降解,或MIL-101下紫外光照降解,甲基橙在MIL-101下用DBD的降解率分别提高了20%和40%。实验结果揭示,在本反应体系中,MIL-101是一种性能良好的催化剂,与DBD等离子体具有良好的协同效应,能促进甲基橙的降解。对反应影响因素研究结果表明,反应过程中溶液的浓度、空气流量、放电电压、催化剂用量等对甲基橙的降解有一定影响。在放电电压22 kV,0.6 g/L催化剂用量,120mL/min的空气流速的优化条件下,10 min可以降解92%的110 mg/L的甲基橙溶液。以具有良好稳定性,光催化性能的MIL-101作为催化剂载体,将氧化铁负载在催化剂上,制备了Fe_2O_3/MIL-101,经相关催化剂表征可知,负载在MIL-101上的氧化铁颗粒粒径大约在5 nm到10 nm之间,且在催化剂表面分布均匀。Fe_2O_3/MIL-101催化剂下,在放电电压22 kV,0.3 g/L催化剂用量,120 m L/min的空气流速的优化条件下,10 min可以降解90%的150 mg/L的甲基橙溶液,表明负载氧化铁型催化剂可明显提高甲基橙降解的效率。二氧化碳是全球储量最为丰富的的碳资源。在石油危机和二氧化碳排放日趋增加的背景下,将CO_2与水汽转化为燃料或高附加值化学品具有十分重要的意义。将废物(温室气体)转化成新原料(燃料或高附加值化学品)符合可持续发展的概念。本实验以CO_2和水作为原料,在DBD等离子体和催化剂的共同作用下,对CO_2进行活化转化。实验结果表明,在反应时间15 min内,可以对二氧化碳进行活化,同时有CO,H_2和CH_4等产物生成。研究发现,放电电压对反应产物产率有很大影响,过高或者过低的放电电压都不适合CO_2的转化;甲烷的产生不仅与催化剂,放电电压有关,还与氢气的产量有关;在催化剂10%MoO_3/Al_2O_3和等离子体的共同作用下,二氧化碳的转化率可达57%;在催化剂3%RuO_2/Al_2O_3的作用下,实现对甲烷的最大产率5.6%。
【图文】：

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光催化反应原理图

金属纳米粒子,孔隙率,比表面积,材料

图 1-2 金属纳米粒子负载与 MOFS中用 MOFs 材料具有较大的比表面积和高的孔隙率的特性，可以将为载体，在合适的负载方法下，在 MOFs 的表面和孔道内部负载上渡金属或者金属氧化物等具有催化活性的客体分子，，如图 1-2 所
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.3;X70

【参考文献】