金属氧化物整体式催化剂分解臭氧的性能研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingcongll
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近地表面的臭氧是对人体危害性很大的污染物,而目前浓度却也逐渐增加。为了降低臭氧浓度,分解臭氧的研究在学术界得到广泛关注。目前,研究较多的分解臭氧方法有如下几种:药剂法、分解法、稀释排放法、预臭氧化法、热分解法、吸附法、洗涤法等。由于催化分解法具有成本低、操作安全、效率高等优点,因而被广泛采用。目前在基础研究领域以及工业应用中使用最广泛的催化剂主要分为以下三大类:(1)活性炭;(2)贵金属系;(3)过渡金属系。但以上各类催化剂仍然有不足之处,因此对分解臭氧的催化剂继续开展基础研究十分必要。虽然研究者对多种催化剂体系都进行了研究,但系统性地研究过渡金属系和贵金属系的整体式催化剂催化分解臭氧的报道很少,因此本论文主要针对过渡金属系和贵金属系的整体式催化剂的制备及其分解臭氧的性能开展系统性的研究。本论文采用整体式催化剂制备方法,制备出了不同比例的NiO/Mn3O4催化剂以及不同前驱体的镍盐催化剂,不同比例的Ag/CuO催化剂,做出活性评价。考察了比表面、氧化还原性、表面活性物种状态,与臭氧催化分解效率进行关联。论文结果如下:以Ni(NO32·6H2O、Mn3O4粉末、拟薄水铝石为原料,得到不同比例的NiO/Mn3O4催化剂。通过臭氧的分解测试发现,在空速为20000 h-1时,30NiO/Mn3O4催化剂的活性最高,分解臭氧率达到98%,催化剂失活较弱。当提高空速为40000 h-1,50NiO/Mn3O4催化剂的活性最高,臭氧的分解率在90%左右,但出现失活现象。通过表征发现Mn3O4和NiO复合催化剂的比表面积大于单一金属氧化物催化剂的比表面积,并且在Mn3O4和NiO复合催化剂中Mn3O4与NiO发生电子相互作用,使得催化剂中的Mn3O4与NiO存在协同催化作用,同时使得Mn3O4与NiO的混合物催化剂的还原温度降低,这些因素共同作用使得催化剂的催化分解臭氧的活性得以提升。按上述方法,分别以Ni(NO32·6H2O、NiO、NiCl2为前驱体,制得催化剂并命名为NiN、NiO、NiCl,接着对三个催化剂分别做了臭氧分解实验,得出NiN处理臭氧能力最强,分解臭氧率达到98%,催化剂不容易失活。NiCl催化剂的活性最差,臭氧分解率在30%,并且催化剂易失活。通过表征发现以Ni(NO32·6H2O为前驱体的制得的催化剂具有较小颗粒尺寸,因此暴露了较多的晶体缺陷,催化剂表面有较多的缺陷对于提高处理臭氧有促进作用。以NiCl2为前驱体的催化剂易失活,主要在于存在Ni-Cl键,由于Cl的电负性大,使得Ni的电子结合能发生偏移,不易失去电子,因此催化活性低。以Cu(NO32·3H2O、AgNO3、拟薄水铝石为原料制备1%Ag/CuO,5%Ag/CuO,9%Ag/CuO催化剂,考察了催化剂活性与组成之间的关系。
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