催化剂成分对低温等离子体降解吸附态甲苯的影响

摘要

挥发性有机物（VOCs）是大气污染的重要组成部分，对环境和人体健康会造成严重危害。随着工业发展及人类生活水平要求的提高，寻求并使用经济高效的方法来治理VOCs成为当务之急。低温等离子体技术所具有低费用、工艺简单及适用范围广等优点使其成为治理VOCs的重要研究方向，尤其在处理印刷、喷涂等行业具有浓度低、风量大特点的有机废气时展现出较好的优势。
　　针对VOCs治理过程中降解不充分及产生副产物的问题，论文选取常用有机溶剂甲苯作为研究对象，制备了不同成分的催化剂，分别对低温等离子体循环降解系统及催化联合低温等离子体循环降解系统处理吸附态甲苯进行了研究，考察了吸附存储量、施加电压、循环气体流量、循环背景气体等工艺参数及不同催化剂成分对甲苯降解效果的影响，并分析了催化剂的加入对降解程度、O3及N2O副产物的影响规律，为工业应用提供了理论基础及设计依据。论文主要结论如下：
　　（1）低温等离子体循环降解系统处理甲苯的研究表明：COx产率和CO2选择性随着甲苯的吸附存储量的增加而减小，但COx产量会增加；随着施加电压及循环气体流量的增大，COx产率及CO2选择性均会增大；氧气做循环背景气体时比空气时对应的COx产率及CO2选择性均有所增大。
　　（2）催化联合低温等离子体循环降解系统处理甲苯的研究表明：催化剂的加入可显著提高COx产率和CO2选择性，氧气为循环背景气体时，提升幅度更大。相同条件下，不同催化剂成分对应COx产率排序为：Ce＞Mn＞Ag＞Co，对应CO2选择性排序为Ag＞Mn＞Co＞Ce。双组分复合型金属氧化物催化剂Ce/Ag、Mn/Ag可以同时有效提升COx产率和CO2选择性。
　　（3）吸附态甲苯降解产物FT-IR图谱分析表明，主要产物为CO2、H2O及少量的CO，副产物主要为O3；无催化剂时产物中残留极微量甲苯，催化剂的加入可使甲苯全部被去除，同时减少CO和O3的排放；循环背景气体为空气时有N2O生成。
　　（4）空气为循环背景气体时，催化剂的加入可抑制N2O的生成（Ce除外），对应N2O抑制性能大小为：Co＞Mn＞Ag＞无催化剂＞Ce；三组分复合型催化剂Ce/Ag/Co、Mn/Ag/Co在提高COx产率和CO2选择性的同时能有效抑制N2O。催化剂的加入可以减少O3，催化剂对提升甲苯降解效果的能力与分解O3的能力没有相关性。

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1 绪论

1.1 挥发性有机物（VOCs）概述

1.2 VOCs末端治理技术

1.2.1 VOCs的传统治理技术

1.2.2 低温等离子体技术

1.3 低温等离子体技术

1.3.1 等离子体技术简介

1.3.2 低温等离子体发生技术

1.4 低温等离子体复合技术

1.4.1 低温等离子体联合催化技术

1.4.2 低温等离子体联合吸附技术

1.4.3 低温等离子体联合光催化技术

1.5 论文研究目的及研究内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

2 实验系统的建立及分析评价方法

2.1 实验使用药品及仪器

2.1.1目标气体的确定

2.1.2实验药品及使用仪器

2.2 实验系统

2.2.1 实验装置

2.2.2 实验流程

2.3 分析方法与评价指标

2.3.1 分析方法

2.3.2 性能评价指标

3 低温等离子体技术循环降解吸附态甲苯的研究

3.1 低温等离子体直排式去除甲苯

3.1.1 施加电压和初始浓度对去除率的影响

3.1.2 低温等离子体结合γ-Al2O3直排式去除甲苯

3.2 低温等离子体循环降解吸附态甲苯

3.2.1 引言

3.2.2 主要工艺参数对吸附态甲苯降解的影响

3.2.3 低温等离子体循环降解吸附态甲苯产物分析

3.3 本章小结

4 催化联合低温等离子体技术循环降解吸附态甲苯的研究

4.1 引言

4.2 催化剂的表征与分析

4.2.1 催化剂对放电特性的影响分析

4.2.2 催化剂XRD表征分析

4.2.3 催化剂SEM表征分析

4.3 催化剂的加入低温等离子体循环降解吸附态甲苯的影响

4.3.1 单组分金属氧化物催化剂对甲苯降解的影响分析

4.3.2 双组分金属氧化物催化剂对甲苯降解的影响分析

4.3.3 催化剂对甲苯降解副产物的影响分析

4.4 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

致谢

参考文献

硕士阶段发表论文及参加的科研项目情况