低温等离子体耦合催化剂催化氧化CO的研究

摘要

CO是一种有毒有害气体,其室内污染问题日益受到关注和重视。现已有许多技术被开发用于控制CO,其中利用催化剂催化氧化CO是一种常用的处理方法。但不同催化剂都有自身应用的缺点,在不同环境中存在失活现象。近年来低温等离子体(Non-thermal Plasma,简称NTP)与催化剂耦合处理挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)废气成为人们治理环境污染的热门技术,但放电副产物CO控制问题成为该技术发展的瓶颈。
　　 本研究针对催化剂稳定性差的问题,以及低温等离子体降解VOCs过程中大量生成的CO副产物,拟采用NTP和催化剂耦合的方式,来提高催化剂的稳定性,考察其CO的催化氧化性能。探讨了催化剂与NTP耦合后对低浓度CO催化氧化是否存在耦合效应,考察了CO初始浓度、体积空速、水汽浓度对耦合体系中CO的催化氧化性能的影响。
　　 实验结果表明:1)当催化剂和NTP耦合时,不同催化剂对CO的氧化有不同的改善效果,其中霍加拉特剂(Hopcalite)、Au／γ-Al2O3表现为处理效果增强,而PdCl2-CuCl2／γ-Al2O3催化剂表现为处理效果减弱。三种体系中CO转化率都随着能量密度(Special Energy Density,简称SED)增大而增大。2)在NTP+Hopcalite体系中,在低能量密度(SED=143J／L)下,CO转化率受CO初始浓度、体积空速、水汽浓度因素影响较大。CO转化率随着CO初始浓度增加、体积空速增大、水汽浓度升高而下降。在高能量密度(SED=261J／L)下,CO转化率基本不受这三种因素的影响,转化率可以达到98％。3)实验初步考察了放电副产物NOx的生成规律。发现在单独NTP放电体系中,尾气中NOx浓度较低；当加入催化剂后,NOx浓度显著升高,且浓度随着能量密度的增加而升高。在高能量密度下水蒸汽的加入会增加尾气中NOx浓度。4)实验初步考察了放电副产物O3的生成规律。在单独NTP放电体系和NTP+γ-Al2O3体系中O3浓度随着能量密度的升高呈现先上升后下降的趋势,其中当能量密度为150J／L时,O3浓度最大；在NTP+催化剂耦合体系尾气中O3浓度都较低,其中NTP+Hopcalite体系降解效果最好,可以把O3控制到检测线以下。
　　 同时本文还考察了NTP+Hopcalite体系抗Cl稳定性,研究表明NTP+Hopcalite体系不能有效防止催化剂Cl中毒的发生,且Na2CO3／Al2O3脱氯剂可以一定程度延长Cl中毒时间的发生,但是不能根本解决Cl中毒问题。
　　 本文还进行了负载型Hopcalite整体式催化材料的制备研究,考察了载体酸蚀处理时间、活性组分含量、焙烧时间、尿素扩孔剂加入对整体式催化剂CO催化氧化性能的影响,由实验结果可知酸处理4h,活性组分含量80％,焙烧时间12h,加入尿素条件下制备得到的催化剂具有最佳CO催化活性。

目录

文摘

英文文摘

Contents

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 CO催化氧化催化剂

1.2.1 Hopcalite催化剂

1.2.2 铂、钯催化剂

1.2.3 金催化剂

1.3 等离子体概述

1.3.1 等离子体的基本概念

1.3.2 等离子体的分类

1.3.3 低温等离子体的放电方式

1.3.4 低温等离子体放电装置

1.4 低温等离子体治理有机废气的研究概况

1.4.1 单-低温等离子体技术降解VOCs

1.4.2 低温等离子体降解VOCs效率的影响因素

1.4.3 低温等离子体与催化剂耦合降解VOCs

1.4.4 低温等离子体与催化剂耦合方式

1.4.5 低温等离子体与催化剂耦合降解VOCs的反应机理

1.5 研究问题的提出

1.6 本论文的研究内容

第二章 实验装置及实验方法

2.1 配气系统

2.2 放电反应系统

2.2.1 高频高压电源

2.2.2 低温等离子体反应器

2.3 参数测量

2.3.1 介质阻挡微放电

2.3.2 放电频率和电压的测量

2.3.3 放电功率的测量

2.4 气体组分含量检测

2.4.1 检测分析方法

2.4.2 数据处理方法

2.4.3 HP6890色谱操作条件

2.5 实验原料及仪器设备

2.5.1 原料与试剂

2.5.2 实验气体

2.5.3 仪器与设备

第三章 低温等离子体耦合催化剂催化氧化Co

3.1 实验部分

3.1.1 气体的配置与等离子反应器

3.1.2 催化剂的制备

3.2 结果与讨论

3.2.1 耦合效应考察

3.2.2 CO初始浓度对CO转化率的影响

3.2.3 体积空速对CO转化率的影响

3.2.4 水汽浓度对CO转化率的影响

3.2.5 低温等离子体放电产生NOx(NO、NO2)的研究

3.2.6 低温等离子体放电产生O3的研究

3.3 本章小结

第四章 低温等离子耦合Hopcalite的抗Cl中毒稳定性

4.1 实验部分

4.1.1 气体配置与低温等离子体反应器

4.1.2 脱氯剂的制备

4.2 结果与讨论

4.2.1 Hopcalite中毒

4.2.2 Hopcalite中毒预防

4.2.3 Hopcalite再生

4.3 本章小结

第五章 负载Hopcalite催化剂的整体式材料的制备研究

5.1 实验部分

5.1.1 气体配置

5.1.2 整体式Hopcalite的制备

5.2 结果与讨论

5.2.1 堇青石酸蚀处理对CO转化率的影响

5.2.2 活性组分比例不同对CO转化率的影响

5.2.3 焙烧时间对CO转化率的影响

5.2.4 尿素对CO转化率的影响

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书