MnOx/γ-Al2O3催化剂上臭氧氧化脱除空气中甲醛的研究

摘要

甲醛作为典型的挥发性有机污染物，对人类健康造成极大威胁。臭氧催化氧化法可在室温下使用低成本的非贵金属催化剂将甲醛完全氧化。本文开展了臭氧催化氧化和“甲醛存储-臭氧氧化”脱除模拟空气中甲醛的研究。取得了如下成果:
　　考察了负载型MnOx/Al2O3催化剂上臭氧的分解性能。臭氧分解率随着锰担载量的增加而增加，而不随锰前驱体的改变而变化;湿度的增加促进了MnOx/Al2O3催化剂的臭氧分解。
　　考察了MnOx/Al2O3催化剂臭氧催化氧化甲醛的性能。结果表明，担载量为10wt％，乙酸锰作前驱体的MnOx/Al2O3催化剂在室温下臭氧催化甲醛性能最佳。同时也对臭氧与甲醛摩尔比与相对湿度对甲醛氧化的影响进行了讨论，结果表明，当臭氧与甲醛比大于化学计量比2时，甲醛能被完全氧化为CO2和H2O;当臭氧与甲醛比不足化学计量比时，甲醛至CO2转化率则随摩尔比的降低而降低。相对湿度从20％增加到80％时，HCHO至CO2的转化率从52.4％上升到65.2％。
　　考察了“甲醛存储-臭氧氧化”脱除模拟室内空气中甲醛污染物。对MnOx/Al2O3催化剂在甲醛存储和臭氧氧化两方面进行了性能评价，并对相对湿度的影响进行了考察，同时考察了催化剂的稳定性。结果表明，乙酸锰作前驱体的MnOx/Al2O3催化剂相比硝酸锰前驱体催化剂在甲醛存储和臭氧氧化两个阶段均表现出良好的性能;锰担载量越高，催化剂的甲醛穿透容量也越大;在臭氧氧化阶段，催化剂的碳平衡随担载量呈现先升高后降低的趋势，其中，10 wt％乙酸锰作前驱体的MnOx/Al2O3催化剂具有较大的甲醛穿透容量，又具有臭氧氧化阶段高的碳平衡和CO2选择性。MnOx/Al2O3催化剂相比于氧化铝载体在湿气流条件下表现出更好的存储性和抗水性，并且相对湿度越大，MnOx/Al2O3催化剂的甲醛穿透容量越小;但湿度越大越容易将存储的HCHO氧化。MnOx/Al2O3催化剂在四次循环过程中也展现了良好的稳定性。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 甲醛的基本性质

1．1．2 甲醛污染物的来源

1．1．3 甲醛的危害

1．2 甲醛的脱除方法

1．2．1 生物法

1．2．2 吸附法

1．2．3 光催化法

1．2．4 等离子体法

1．2．5 催化氧化法

1．3 臭氧催化氧化脱除VOCs的研究

1．3．1 臭氧的性质

1．3．2 臭氧催化氧化去除VOCs的研究进展

1．3．3 臭氧催化氧化法的机理研究

1．4 本论文的选题意义与研究内容

1．4．1 选题意义

1．4．2 本论文研究工作

2 实验部分

2．1 实验装置与流程

2．1．1 MnOx／Al2O3催化剂上臭氧的分解

2．1．2 MnOx／Al2O3臭氧催化氧化甲醛反应性能的研究

2．1．3 “甲醛存储-臭氧氧化”新方法脱除室内模拟空气中甲醛

2．2 催化剂的制备

2．3 催化剂的表征

2．3．1 比表面积分析(BET)

2．3．2 XPS表征

2．3．3 FTIR光谱表征

2．4 实验仪器和药品

2．4．1 实验仪器

2．4．2 实验药品

3 MnOx／Al2O3催化剂上臭氧的分解

3．1 MnOx／Al2O3催化剂的分解臭氧性能

3．1．1 锰前驱体对臭氧分解性能的影响

3．1．2 锰担载量对臭氧分解性能的影响

3．2 相对湿度对MnOx／Al2O3臭氧分解性能的影响

4 MnOx／Al2O3催化剂臭氧催化氧化甲醛反应性能的研究

4．1 不同催化剂上臭氧催化氧化甲醛性能的比较

4．1．1 甲醛与臭氢的气相反应

4．1．2 惰性表面石英砂上甲醛与臭氧的反应

4．1．3 单组份负载型催化剂上反应性能的比较

4．1．4 双组份负载型催化剂上反应性能的比较

4．1．5 锰前驱体对MnOx／Al2O3催化剂性能的影响

4．1．6 锰担载量对MnOx／Al2O3催化剂性能的影响

4．2 臭氧催化氧化脱除甲醛的影响因素

4．2．1 臭氧与甲醛摩尔比的影响

4．2．2 相对湿度的影响

4．3 本章小结

5 “甲醛存储-臭氧氧化”脱除甲醛的探索

5．1 MnOx／Al2O3催化剂在存储与氧化两个阶段的性能

5．1．1 锰前驱体的影响

5．1．2 锰担载量的影响

5．2 相对湿度的影响

5．2．1 甲醛存储阶段

5．2．2 臭氧氧化阶段

5．3 MnOx／Al2O3催化剂的稳定性考察

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢