室内空气污染物苯和甲醛的“存储—氧化”循环脱除研究

发布时间：2017-10-15 07:46

  本文关键词：室内空气污染物苯和甲醛的“存储—氧化”循环脱除研究

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【摘要】：苯和甲醛作为室内挥发性有机化合物(VOC)的典型代表,对环境产生不利影响的同时对人体健康造成了极大的危害。开发低成本,低能耗,高效率的脱除方法备受关注。针对室内空气中低浓度甲醛和苯的脱除,我们课题组提出了一种“存储-氧化”循环净化的新方法：在室温下首先将甲醛或苯富集存储在催化剂上；存储饱和后再将催化剂适当升温,催化活性提高,存储物种被完全氧化为CO2和H2O,催化剂得以再生,再生后的催化剂可用于下一个“存储-氧化”循环。实现这一过程的核心科学问题包括：延长催化剂室温存储VOCs时间,降低材料再生温度以及减少或避免再生过程中VOCs的热脱附问题。基于以上核心问题,本论文开展了以下几方面的研究工作：(1)由于苯在催化剂上的存储利用的是孔道限域及π络合作用,存在弱吸附的苯在热氧化再生过程中的脱附问题。本论文以“等离子体再生”替代“热再生”,建立苯的室温“存储-等离子体氧化再生”循环脱除方法：室温存储阶段,利用具有优异疏水性的钛硅分子筛(TS-1)对苯的择形吸附性能将苯富集,吸附于催化剂的孔道之中,并通过AgCu金属改性进一步提高苯的存储能力。再生阶段,引入等离子体放电,放电过程中产生大量的活性氧物种,无需添加贵金属组分,室温即可将存储的苯完全氧化为CO、和H2O,使催化剂得以原位再生,再生过程没有苯的逸出,没有NOx等副产物生成,循环过程中的碳平衡超过99%,催化剂可以循环使用。(2)为进一步提高苯和甲醛的存储量,选择对二者均有较大吸附容量的活性炭为存储材料,以等离子体辅助催化氧化为再生方法,讨论“存储-氧化”循环法脱除VOCs在活性炭材料上的可行性。程序升温脱附研究发现,活性炭材料上甲醛脱附温度较低(脱附峰温为130℃),存储的甲醛易进入气相被等离子体氧化为CO,造成等离子体再生过程CO2选择性低；而活性炭存储的苯较难脱附(脱附峰温为260℃),部分沉积在活性炭上造成等离子再生过程中碳平衡较低。以上结果表明,活性炭材料不仅存在空气中热再生氧化问题,在室温等离子体氧化再生过程中亦存在诸多不利因素,不适于作为催化材料用于“存储-氧化”循环脱除。(3)为进一步增加催化剂甲醛存储容量,以及降低氧化再生温度,采用低温共沉淀法制备钻锰非贵金属CoMnOx催化剂用于甲醛的存储和催化氧化,TEM表征表明通过调节老化时间和温度可对催化剂形貌进行控制,考察了CoMnOx形貌与催化活性间的构效关系,制备出活性较好的Co:Mn= 3:1的纳米颗粒状催化剂；并通过负载金属Ag对CoMnOx催化剂进行改性,优化制备方法和Ag的负载量,得到等体积浸渍法制备的3 wt%Ag/CoMnOx催化剂在75℃条件下即可实现甲醛的完全氧化。
【关键词】：甲醛 苯 “存储-氧化” 催化脱除
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X51;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 苯和甲醛的来源及危害9-10
• 1.2 空气中苯和甲醛的脱除方法10-17
• 1.2.1 吸收、吸附法10-11
• 1.2.2 光催化氧化法11-12
• 1.2.3 热催化氧化法12-16
• 1.2.4 “存储-氧化”法16-17
• 1.3 等离子体技术的应用17-20
• 1.3.1 等离子体在环保领域的应用18-19
• 1.3.2 等离子体在催化领域的应用19-20
• 1.4 催化剂形貌可控合成及与催化活性的关系20-21
• 1.5 本文主要研究思路21-23
• 2 实验部分23-30
• 2.1 催化剂制备23
• 2.2 催化剂活性评价23-26
• 2.2.1 “存储—等离子体氧化再生”循环脱除低浓度的苯23-25
• 2.2.2 催化氧化及“存储-氧化”循环脱除空气中的甲醛25-26
• 2.3 催化剂表征26-28
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)26
• 2.3.2 比表面积测定(BET)26-27
• 2.3.3 透射电子显微镜(TEM)27
• 2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)27
• 2.3.5 程序升温脱附(TPD)27
• 2.3.6 X射线光电子能谱表征(XPS)27-28
• 2.4 实验仪器与药品28-30
• 2.4.1 实验仪器28-29
• 2.4.2 实验药品29-30
• 3 苯的“存储-等离子体氧化”循环脱除30-47
• 3.1 引言30-31
• 3.2 催化剂制备与表征31-35
• 3.2.1 催化剂制备31
• 3.2.2 催化剂的比表面积31-32
• 3.2.3 催化剂的XRD表征32
• 3.2.4 催化剂的SEM图32-34
• 3.2.5 催化剂的TEM表征34
• 3.2.6 催化剂的XPS表征34-35
• 3.3 催化剂上苯的存储和热催化氧化35-40
• 3.3.1 苯的存储性能35-37
• 3.3.2 苯的热催化氧化再生性能37-40
• 3.4 苯的“存储-等离子体氧化”循环脱除40-44
• 3.4.1 苯的等离子体氧化40-41
• 3.4.2 湿度对等离子体氧化苯的效率的影响41-43
• 3.4.3 苯的“存储-等离子体氧化”循环脱除43-44
• 3.5 讨论44-45
• 3.6 本章小结45-47
• 4 商用活性炭在甲醛和苯的“存储-氧化”应用中的可行性探讨47-58
• 4.1 催化剂制备47
• 4.2 碳材料在空气等离子体放电处理中的氧化情况47-49
• 4.2.1 不同种类碳材料等离子体处理47-48
• 4.2.2 相对湿度对等离子体处理影响48-49
• 4.3 活性炭及其负载型催化剂对甲醛的“存储-氧化”脱除性能49-53
• 4.3.1 活性炭系列催化剂对甲醛的存储49-51
• 4.3.2 活性炭存储的甲醛在等离子体放电过程中的氧化51-52
• 4.3.3 活性炭存储的甲醛在热再生中的脱附52-53
• 4.3.4 讨论53
• 4.4 活性炭及其负载型催化剂对苯的“存储-等离子体氧化”脱除性能53-57
• 4.4.1 活性炭系列催化剂对苯的存储53-54
• 4.4.2 活性炭存储的苯在等离子体放电过程中的氧化54-56
• 4.4.3 活性炭存储苯的程序升温脱附56-57
• 4.4.4 讨论57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 特殊形貌钴锰氧化物的合成及其在甲醛脱除中的性能58-68
• 5.1 催化剂制备58
• 5.2 CoMnO_x形貌与甲醛存储和催化氧化间的构效关系58-62
• 5.2.1 老化时间对催化剂形貌的影响58-60
• 5.2.2 老化温度对催化剂形貌的影响60-61
• 5.2.3 催化剂形貌对甲醛脱除活性的影响61-62
• 5.3 钻锰比及工艺参数对甲醛氧化的影响62-65
• 5.3.1 钴锰比例对甲醛脱除活性的影响62-64
• 5.3.2 空速对甲醛存储的影响64
• 5.3.3 相对湿度对甲醛存储的影响64-65
• 5.4 CoMnO_x负载Ag催化剂对甲醛的脱除65-66
• 5.5 本章小结66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

【参考文献】

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本文编号：1035942