介质阻挡放电结合锰催化剂降解甲苯研究

发布时间：2017-03-17 22:01

  本文关键词：介质阻挡放电结合锰催化剂降解甲苯研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国工业源排放的挥发性有机化合物(VOCs)总量逐年增加,对环境造成了不容忽视的危害。低温等离子体技术在处理VOCs方面具有处理流程短、效率高、适用范围广等优点,逐步显示出其在技术和经济上的优势,特别是在处理低浓度VOCs的应用中。但单独的低温等离子技术仍然存在能耗较高及产生副产物等缺点。本文针对低温等离子体技术处理VOCs在实际应用中的技术难点,研制出一种适合于两段式低温等离子体催化处理VOCs的高效催化剂,为等离子体催化协同净化有机废气技术的实际应用和研究奠定基础。 采用共沉淀法制备了Ag/Co3O4催化剂、A1203负载及未负载的6种锰基催化剂,利用自制的二段式等离子体催化装置考察了甲苯降解效果；应用XRD、XPS、N2吸附-脱附等手段对催化剂进行了表征；研究了负载量、反应条件(初始浓度、流量、湿度)、臭氧浓度及反应温度对甲苯降解的影响。主要结论如下： (1)单独等离子体降解甲苯效果随着能量密度的增大而增大,在79.2J/L时可降解35ppm甲苯,并同时产生784ppm的臭氧,且甲苯降解浓度和臭氧产生浓度之间存在线性关系。红外谱图显示单独等离子降解甲苯的副产物包括HCOOH、N2O、O3及CO,且它们的量随着能量密度的增加而增加。 (2)焙烧温度对Ag/Co3O4催化剂热催化降解甲苯活性有较大影响,其活性顺序如下：673K873K473K,于673K焙烧的样品在502K下可将甲苯完全降解,结合催化剂表征结果可知Ag的存在形态对氧化反应具有较大的影响。但其结合等离子体降解甲苯效果不佳,能量密度为28.8J/L时,其甲苯降解效率为40%,比单独等离子体提高30%。 (3)对于不负载的锰基复合氧化物,其结合等离子体催化降解甲苯及去除臭氧活性顺序为Ce-MnCo-MnNi-Mn,其中Ce-Mn在SIE为49.2J/L时甲苯降解率可达99%,臭氧残余72ppm。对于负载型复合氧化物催化剂,其结合等离子体催化降解甲苯及去除臭氧活性顺序为Co-Mn/AlCe-Mn/AlNi-Mn/Al,其中Co-Mn/Al在SIE为28.8J/L时甲苯降解率可达100%,无臭氧残余。FT-IR图谱表明单独等离子体降解甲苯主要副产物为HCOOH、O3、N2O、CO等,结合锰基催化剂后副产物均得到一定的控制,效果最好的是Co-Mn/Al催化剂,除少量N20和CO外,主要产物为CO2,并且C02量随着能量密度的升高而升高。 (4)Co的掺杂能提高并稳定MnOx的活性Co-Mn原子比例为1：1时催化剂活性最佳,在SIE为49.2J/L时,甲苯降解效率可达94%,结合催化剂表征数据可知Co3Mn3O4晶体及晶格氧含量高对催化剂活性有较大的促进作用。甲苯在催化剂上的降解量随着臭氧浓度的变化呈现先增大后降低的趋势,其臭氧浓度转折点为350ppm。反应温度对甲苯降解有很大的影响,室温条件下对甲苯降解和臭氧利用最为有利,但是考虑到两段式反应器的整体降解效果,温度为348K更为合适。 (5)当SIE为19.2J/L时,甲苯转化率随着催化剂负载量的增加而增加,进一步增加SIE,负载量对甲苯转化率几乎没有影响,在SIE为28.8J/L时甲苯可几乎完全降解。甲苯降解效率随初始浓度的增加而降低,随空速的减少而增加,随湿度的变化有一最佳值(RH=28%),此时臭氧去除效果也最好,湿度过高或者过低都不利于甲苯的降解。在一定条件下多段连续等离子催化相对于并行多段等离子体催化降解效果更佳,但首个等离子体催化反应器产生的副产物对后一个反应器降解效果有很大的影响。
【关键词】：挥发性有机气体 介质阻挡放电 锰基催化剂 臭氧分解 副产物
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X511;O643.32
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 挥发性有机气体(VOCs)12-13
• 1.2 传统VOCs控制技术13-16
• 1.2.1 热氧化法13-14
• 1.2.2 吸附法14
• 1.2.3 吸收法14-15
• 1.2.4 生物净化法15
• 1.2.5 膜分离法15
• 1.2.6 光催化氧化法15-16
• 1.3 低温等离子体法16-20
• 1.3.1 等离子体概述16-17
• 1.3.2 低温等离子体的产生及应用17-20
• 1.3.3 单一等离子体技术缺点20
• 1.4 等离子体催化技术20-26
• 1.4.1 等离子体催化技术原理20-21
• 1.4.2 一段式反应器21-22
• 1.4.3 二段式反应器22
• 1.4.4 催化剂的选择22-23
• 1.4.5 能耗与副产物的研究现状23-26
• 1.4.6 催化剂失活26
• 1.5 本研究目的与内容26-28
• 2 实验系统的建立与分析方法28-36
• 2.1 实验原料及仪器28-29
• 2.1.1 目标污染物简介28
• 2.1.2 化学试剂和气体28
• 2.1.3 主要实验仪器28-29
• 2.2 实验装置及实验流程29-30
• 2.3 测试方法30-36
• 2.3.1 放电功率的测定30-31
• 2.3.2 甲苯降解效果评价参数的计算31-32
• 2.3.3 臭氧浓度的测定32-34
• 2.3.4 催化剂制备34-35
• 2.3.5 催化剂表征35-36
• 3 等离子体降解甲苯的研究36-41
• 3.1 甲苯降解36
• 3.2 臭氧产生36-38
• 3.3 其它副产物分析38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 等离子体辅助Ag-Co催化剂降解甲苯41-47
• 4.1 催化剂表征结果41-43
• 4.2 甲苯降解活性评价43-46
• 4.2.1 催化氧化降解甲苯活性43-45
• 4.2.2 放电结合Ag-Co催化剂降解甲苯45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 等离子体辅助锰基催化剂降解甲苯47-57
• 5.1 催化剂表征结果47-50
• 5.2 不同锰基催化剂降解甲苯评价50-52
• 5.2.1 不含活性氧化铝载体50-51
• 5.2.2 含活性氧化铝载体51-52
• 5.3 副产物分析52-56
• 5.3.1 臭氧52-54
• 5.3.2 其他副产物54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 6 等离子体辅助钴锰催化剂降解甲苯57-69
• 6.1 催化剂表征结果57-59
• 6.2 等离子体辅助Co-Mn催化剂降解甲苯59-68
• 6.2.1 温度对单独催化剂热氧化的影响59-60
• 6.2.2 降解副产物60-61
• 6.2.3 原子比例对甲苯及臭氧降解效果的影响61-65
• 6.2.4 温度对等离子体催化效果的影响65-67
• 6.2.5 催化剂寿命67-68
• 6.3 本章小结68-69
• 7 等离子体辅助催化过程参数研究69-81
• 7.1 催化剂负载量的影响69
• 7.2 气相参数的影响69-77
• 7.2.1 甲苯初始浓度对甲苯降解率的影响69-72
• 7.2.2 湿度对甲苯降解率和臭氧浓度的影响72-76
• 7.2.3 空速对甲苯降解率的影响76-77
• 7.3 多段等离子体催化过程分析77-79
• 7.4 本章小结79-81
• 8 结论与展望81-84
• 8.1 结论81-82
• 8.2 本文创新点82-83
• 8.3 展望83-84
• 参考文献84-90
• 作者简历及在读期间研究成果90

【参考文献】

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