马尾藻基活性炭负载CuO/FeO x 催化剂光热协同脱除VOC的制备工艺与性能研究
发布时间：2021-07-22 23:38
马尾藻基活性炭负载CuO/FeOx催化剂光热协同吸附催化VOC,是光催化与热催化脱除室内VOC的一种创新,结合了光催化和热催化的特点,即既可以有效消除甲醛,又可以作用于大部分VOC。在本文中,使用马尾藻制备活性炭,用来作为催化剂的基体。一方面是因为马尾藻具有丰富的来源、广泛的分布、低廉的价格等特点,因此具有较高的商业化潜力,另一方面是因为马尾藻中含有丰富的C、O和N元素,因此利用马尾藻制备出来的活性炭通常有着较高的得碳率及丰富的表面官能团。用制备得到的活性炭再采用硝酸铜,硝酸铁溶液浸渍,高温热解实现活性物质再活性炭表面的负载,利用化学活化法进行活化。负载了CuO/FeOx的马尾藻基催化剂具有了热催化的效果,同时具有了光催化的潜力,因此在不同的外部条件（紫外线灯功率、空速比、外界温度）下测试光热协同催化的效率。采用正交实验法,分别研究了以下9个实验因素对催化剂活性的影响。实验结果表明,该生产工艺流程中,9个重要参数的最优值为:负载量9%、炭化温度600℃、炭化时间120min、浸渍比4:1、浸渍时间300min、低温预活化温度120℃、低温预活化时间45min、高温活化温度800℃及高温...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ｖｏｃ的各种定义??１．２．?２Ｖ０Ｃ的危害性??人的一生都在与空气进行物质交换，在整个生命过程中，人体约吸入体积约??
山东大学硕士学位论文???剂的基体材料上负载贵金属的方法来提高效率，基体材料通常为金属氧化物［４３－４６］??如Ｔｉ〇２，Ｍｎ〇ｘ－Ｃｅ〇２和Ｃ〇３〇４－Ｃｅ〇２等，在该基体材料上添加摩尔质量分数约为１．０％??的高活性贵金属如Ｐｔ、Ａｕ等ｔ４７］可以有效提高催化剂的效率［４８］。??热催化氧化气态污染物是一个异相反应，包含负载的物理化学变化，可以总??结为如下过程：??＊外部扩散过程：催化剂外部的空气扩散至催化剂的表面孔隙中；??？吸附过程：催化剂表面的活性位对气体中污染物的吸附；??＊热催化反应过程：催化剂表面的反应物的化学键结合在一起，发生反应；??＊脱附过程：反应生成的产物从催化剂表面的活性位上脱离；??＊再外扩散过程：反应后的产物通过扩散和对流活动回到气体主流中。??Ｍａｒｓｖａｎ?Ｋｒｅｖｅｌｅｎ反应机理是热催化反应中一个被广泛接受的理论解释。图??１－２为ＭａｒｓｖａｎＫｒｅｖｅｌｅｎ反应机理图，当污染物结合到催化剂表面的活性位后，随??着温度的增加直到达到启动温度，催化剂晶体内的晶格氧与表面活性位上结合的??污染物发生反应，当生成的反应物脱附后，由于催化剂晶体氧的缺失，使得空气??中的氧气分子会很快补充道所缺失的地方，接下来活性位上继续与污染物结合，??从而完成整个循环。??Ｔｌｉｇｈｌ—ｏｆｆ??????厂齡??ＭＯｘ＞Ｔｌｉｇｈ，—ｏｆｆ?Ｍ０ｒ—？?＋?Ｃ０１＋Ｈ２０??Ｊ??Ｙ?〇２??ｘ?ｒｏｏｍ??图１－２热催化剂催化降解ＶＯＣｓ反应原理图??光催化反应是一个复杂的异相反应，有着复杂的物理化学变化，不仅包括了??６??
山东大学硕士学位论文??ｈｖ（ｌＳ５－４００ｎｍ）??麵复合?ｆ＾ｈｖ?）??夕?…?‘??＂处了?、?３Ｃ?－??Ｈ〇?＇（網合）／ｉ〇？??Ｗｖ，／??ａ?ＨｚＯ，ＯＨ￣??图１－３?Ｔｉ〇２光催化氧化过程原理图??在目前应用的大部分光催化材料中，Ｔｉ〇２的应用最为广泛，但是该材料还有??很大的提升空间，即Ｔｉ〇２并不能很好的利用投射到地球表面的太阳光辐射［５９＿６｜］。??这是由于ＴｉＣｈ的带隙较高（锐钛矿３．２ｅＶ，金红石３．０３ｅＶ），因而只有当辐射中光??量子能量大于其带隙的部分光量子才能够激活催化剂表面。??１．４本课题研究目的与内容??在本课题中，使用马尾藻制备活性炭，用来作为催化剂的基体。一方面是因??为马尾藻具有丰富的来源、广泛的分布、低廉的价格等特点，因此具有较高的商??业化潜力，另一方面是因为马尾藻中含有丰富的Ｃ、０和Ｎ元素，因此利用马尾藻??制备出来的活性炭通常有着较高的得碳率及丰富的表面官能团。用制备得到的活??性炭再采用硝酸铜，硝酸铁溶液浸渍，高温热解实现活性物质再活性炭表面的负??载，利用化学活化法进行活化。负载了?ＣｕＯ／ＦｅＯｘ的马尾藻基活性炭催化剂具有??了热催化的效果，同时具有了光催化的潜力，因此在不同的外部条件（紫外线灯??功率、空速比、外界温度等）下测试光热协同催化的效率。基于以上的研究目的，??本文主要研究内容如下：??１）在不同条件下制备了一系列不同负载量的ＣｕＯ／ＦｅＯｘ催化剂。对催化剂的??制备工艺进行了探索。分别探索了马尾藻基活性炭负载ＣｕＯ／ＦｅＯｘ催化剂??的活性物质负载量、炭化温度、炭化时间、活化的浸渍比、浸渍时间、??低温预活化温度、低温预
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内标准中挥发性有机化合物的定义解析[J]. 胡中源,顾煜澄,孙利萍,韩俊,王恩生. 电镀与涂饰. 2018(14)
[2]水性/高固含/无溶剂工业防腐涂料产品全生命周期的环保分析[J]. 荆夕庆,武春梅,李永,王玉杰,危春阳. 涂料工业. 2018(01)
[3]吸附-光催化法用于降解室内VOC的研究进展[J]. 方选政,张兴惠,张兴芳. 化工进展. 2016(07)
[4]活性炭吸附法在挥发性有机物治理中的应用研究进展[J]. 许伟,刘军利,孙康. 化工进展. 2016(04)
[5]印刷行业挥发性有机废气处理研究进展[J]. 陶孝平. 低碳世界. 2016(07)
[6]甲醛催化氧化催化剂的研究进展（英文）[J]. 拜冰阳,乔琦,李俊华,郝吉明. 催化学报. 2016(01)
[7]低温等离子体技术处理挥发性有机废气的研究进展[J]. 郑水生. 科技广场. 2015(06)
[8]VOC的排放以及控制措施和建议[J]. 邓睿,周飞,唐江,胡亚雄,楚英豪. 材料导报. 2014(S2)
[9]涂料行业的环保政策解读及应对策略[J]. 万祥龙,郝国防,王叶. 涂料工业. 2014(03)
[10]温度变化对板材内VOC散发特性影响的研究[J]. 徐腾飞,郑晓红. 建筑热能通风空调. 2013(01)
博士论文
[1]家具VOC散发标识中的若干关键问题研究[D]. 刘巍巍.清华大学 2013
[2]室内VOC净化材料吸附与反应机理、特性及评价研究[D]. 徐秋健.清华大学 2011
[3]吸附催化协同低温等离子体降解有机废气[D]. 陈杰.浙江大学 2011
[4]室内装饰用饰面刨花板VOC释放特性的研究[D]. 张文超.东北林业大学 2011
[5]室内空气中化学/微生物污染物及湿度的控制研究[D]. 郑晓红.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]稀土金属氧化物负载氧化铜纳米催化材料对VOC燃烧的催化作用研究[D]. 杨东.北京化工大学 2004
[2]PTA生产中挥发性有机物在活性炭上的动态吸附研究[D]. 王玉红.南京工业大学 2003
本文编号：3298132
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ｖｏｃ的各种定义??１．２．?２Ｖ０Ｃ的危害性??人的一生都在与空气进行物质交换，在整个生命过程中，人体约吸入体积约??
山东大学硕士学位论文???剂的基体材料上负载贵金属的方法来提高效率，基体材料通常为金属氧化物［４３－４６］??如Ｔｉ〇２，Ｍｎ〇ｘ－Ｃｅ〇２和Ｃ〇３〇４－Ｃｅ〇２等，在该基体材料上添加摩尔质量分数约为１．０％??的高活性贵金属如Ｐｔ、Ａｕ等ｔ４７］可以有效提高催化剂的效率［４８］。??热催化氧化气态污染物是一个异相反应，包含负载的物理化学变化，可以总??结为如下过程：??＊外部扩散过程：催化剂外部的空气扩散至催化剂的表面孔隙中；??？吸附过程：催化剂表面的活性位对气体中污染物的吸附；??＊热催化反应过程：催化剂表面的反应物的化学键结合在一起，发生反应；??＊脱附过程：反应生成的产物从催化剂表面的活性位上脱离；??＊再外扩散过程：反应后的产物通过扩散和对流活动回到气体主流中。??Ｍａｒｓｖａｎ?Ｋｒｅｖｅｌｅｎ反应机理是热催化反应中一个被广泛接受的理论解释。图??１－２为ＭａｒｓｖａｎＫｒｅｖｅｌｅｎ反应机理图，当污染物结合到催化剂表面的活性位后，随??着温度的增加直到达到启动温度，催化剂晶体内的晶格氧与表面活性位上结合的??污染物发生反应，当生成的反应物脱附后，由于催化剂晶体氧的缺失，使得空气??中的氧气分子会很快补充道所缺失的地方，接下来活性位上继续与污染物结合，??从而完成整个循环。??Ｔｌｉｇｈｌ—ｏｆｆ??????厂齡??ＭＯｘ＞Ｔｌｉｇｈ，—ｏｆｆ?Ｍ０ｒ—？?＋?Ｃ０１＋Ｈ２０??Ｊ??Ｙ?〇２??ｘ?ｒｏｏｍ??图１－２热催化剂催化降解ＶＯＣｓ反应原理图??光催化反应是一个复杂的异相反应，有着复杂的物理化学变化，不仅包括了??６??
山东大学硕士学位论文??ｈｖ（ｌＳ５－４００ｎｍ）??麵复合?ｆ＾ｈｖ?）??夕?…?‘??＂处了?、?３Ｃ?－??Ｈ〇?＇（網合）／ｉ〇？??Ｗｖ，／??ａ?ＨｚＯ，ＯＨ￣??图１－３?Ｔｉ〇２光催化氧化过程原理图??在目前应用的大部分光催化材料中，Ｔｉ〇２的应用最为广泛，但是该材料还有??很大的提升空间，即Ｔｉ〇２并不能很好的利用投射到地球表面的太阳光辐射［５９＿６｜］。??这是由于ＴｉＣｈ的带隙较高（锐钛矿３．２ｅＶ，金红石３．０３ｅＶ），因而只有当辐射中光??量子能量大于其带隙的部分光量子才能够激活催化剂表面。??１．４本课题研究目的与内容??在本课题中，使用马尾藻制备活性炭，用来作为催化剂的基体。一方面是因??为马尾藻具有丰富的来源、广泛的分布、低廉的价格等特点，因此具有较高的商??业化潜力，另一方面是因为马尾藻中含有丰富的Ｃ、０和Ｎ元素，因此利用马尾藻??制备出来的活性炭通常有着较高的得碳率及丰富的表面官能团。用制备得到的活??性炭再采用硝酸铜，硝酸铁溶液浸渍，高温热解实现活性物质再活性炭表面的负??载，利用化学活化法进行活化。负载了?ＣｕＯ／ＦｅＯｘ的马尾藻基活性炭催化剂具有??了热催化的效果，同时具有了光催化的潜力，因此在不同的外部条件（紫外线灯??功率、空速比、外界温度等）下测试光热协同催化的效率。基于以上的研究目的，??本文主要研究内容如下：??１）在不同条件下制备了一系列不同负载量的ＣｕＯ／ＦｅＯｘ催化剂。对催化剂的??制备工艺进行了探索。分别探索了马尾藻基活性炭负载ＣｕＯ／ＦｅＯｘ催化剂??的活性物质负载量、炭化温度、炭化时间、活化的浸渍比、浸渍时间、??低温预活化温度、低温预
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内标准中挥发性有机化合物的定义解析[J]. 胡中源,顾煜澄,孙利萍,韩俊,王恩生. 电镀与涂饰. 2018(14)
[2]水性/高固含/无溶剂工业防腐涂料产品全生命周期的环保分析[J]. 荆夕庆,武春梅,李永,王玉杰,危春阳. 涂料工业. 2018(01)
[3]吸附-光催化法用于降解室内VOC的研究进展[J]. 方选政,张兴惠,张兴芳. 化工进展. 2016(07)
[4]活性炭吸附法在挥发性有机物治理中的应用研究进展[J]. 许伟,刘军利,孙康. 化工进展. 2016(04)
[5]印刷行业挥发性有机废气处理研究进展[J]. 陶孝平. 低碳世界. 2016(07)
[6]甲醛催化氧化催化剂的研究进展（英文）[J]. 拜冰阳,乔琦,李俊华,郝吉明. 催化学报. 2016(01)
[7]低温等离子体技术处理挥发性有机废气的研究进展[J]. 郑水生. 科技广场. 2015(06)
[8]VOC的排放以及控制措施和建议[J]. 邓睿,周飞,唐江,胡亚雄,楚英豪. 材料导报. 2014(S2)
[9]涂料行业的环保政策解读及应对策略[J]. 万祥龙,郝国防,王叶. 涂料工业. 2014(03)
[10]温度变化对板材内VOC散发特性影响的研究[J]. 徐腾飞,郑晓红. 建筑热能通风空调. 2013(01)
博士论文
[1]家具VOC散发标识中的若干关键问题研究[D]. 刘巍巍.清华大学 2013
[2]室内VOC净化材料吸附与反应机理、特性及评价研究[D]. 徐秋健.清华大学 2011
[3]吸附催化协同低温等离子体降解有机废气[D]. 陈杰.浙江大学 2011
[4]室内装饰用饰面刨花板VOC释放特性的研究[D]. 张文超.东北林业大学 2011
[5]室内空气中化学/微生物污染物及湿度的控制研究[D]. 郑晓红.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]稀土金属氧化物负载氧化铜纳米催化材料对VOC燃烧的催化作用研究[D]. 杨东.北京化工大学 2004
[2]PTA生产中挥发性有机物在活性炭上的动态吸附研究[D]. 王玉红.南京工业大学 2003
本文编号：3298132
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