本文關(guān)鍵詞：炭基材料對封閉空間內(nèi)微量乙烯等中性氣體的脫除研究

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【摘要】：封閉空間內(nèi)微量乙烯等中性氣體的脫除,對于艦船內(nèi)人員的生命保障具有重要的意義。在艦船的果蔬貯存間內(nèi),有害的微量中性氣體主要包括乙烯、一氧化碳和甲醛等。其中,乙烯是一種植物激素,能促進(jìn)果蔬腐敗、降低果蔬儲藏時間,從而影響船員遠(yuǎn)航能力；一氧化碳和甲醛是果蔬貯存間內(nèi)共存的毒害氣體,直接危害艦船內(nèi)人員的生命安全。目前,對封閉空間內(nèi)低濃度乙烯的脫除研究較少,對封閉空間中乙烯、一氧化碳和甲醛等中性氣體的廣譜脫除研究也存在較大空白。本工作以炭基材料為基礎(chǔ),從吸附的角度出發(fā),研究了球形中孔炭對乙烯的吸附行為；在中性氣體的催化脫除方面,制備了球形中孔炭擔(dān)載鈷催化劑、貴金屬-石墨烯氣凝膠催化劑、金屬氧化物催化劑等,研究了其對乙烯催化行為；并進(jìn)一步采用制備的乙烯催化劑,考察了催化劑對一氧化碳和甲醛的脫除效果,探索了催化劑對于中性氣體廣譜脫除的可能性,以期望對于長時遠(yuǎn)航艦船的生命保障系統(tǒng)有一定的指導(dǎo)意義。主要結(jié)論如下：(1)改性球形中孔炭對乙烯吸附行為的研究。結(jié)合反相懸浮聚合法和硬模板法制備了一批球形中孔炭,并考察了孔結(jié)構(gòu)、氮含量、鈀負(fù)載、乙烯濃度、空速、濕度等工藝條件對乙烯吸附量的影響；球形中孔炭的乙烯吸附量為10.5 mL/g,活化后可增加至18.5 mL/g,負(fù)載鈀后吸附劑能與乙烯形成π鍵絡(luò)合,使吸附量上升至19.4 mL/g;擔(dān)載5%Pd的球形中孔炭(MCS/Pd-5)對高濃度乙烯(5000 ppm)的吸附量高達(dá)24.5 mL/g；同時,該吸附劑具有很高的抗?jié)裥院脱h(huán)穩(wěn)定性。(2)球形中孔炭基催化劑催化脫除乙烯。采用球形中孔炭作為載體,用等體積浸漬法制備了一系列氧化鈷(CoO)催化劑。擔(dān)載30%CoO的球形中孔炭(MCS/Co-30)在185℃下即可完全催化脫除乙烯,操作溫度遠(yuǎn)低于以椰殼基活性炭、硅膠和活性氧化鋁為載體的催化劑,該催化劑具有良好的催化穩(wěn)定性。實(shí)驗分析結(jié)果表明,球形中孔炭中豐富的中孔可以容納大量的CoO并減少了團(tuán)簇現(xiàn)象,氧氣在其表面形成活性氧并進(jìn)行快速反應(yīng)。MCS/Co-30的表觀反應(yīng)活化能為79.2 kJ/mol,乙烯在催化劑表面的反應(yīng)級數(shù)為0.44。(3)貴金屬-石墨烯氣凝膠催化劑脫除乙烯。以氧化石墨烯和Pt、Pd、Au等貴金屬化合物為原料,采用溶劑熱法制備了具有高強(qiáng)度、高彈性、高比表面積的貴金屬-石墨烯氣凝膠系列催化劑。初始溶液的最佳pH為7,所得氣凝膠密度僅為約4 mg/mL。該催化劑可以在100℃以下完全催化脫除乙烯,其中擔(dān)載5%鉑的石墨烯氣凝膠(Pt-GA)對乙烯的催化溫度可以低至室溫(25℃)。Pt-GA具有抗?jié)裥�、長壽命等特點(diǎn),當(dāng)Pt的擔(dān)載量進(jìn)一步下降至1%時,對乙烯的催化效率依然保持在96%以上。(4)聚合物輔助成型催化劑催化脫除乙烯。采用聚合物輔助成型法制備了具有3D空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的鉆鈰復(fù)合催化劑和錳銅復(fù)合催化劑,并考察了金屬組成、空速、乙烯濃度等工藝條件對乙烯催化性能的影響。在鈷鈰復(fù)合催化劑中,隨著Ce02的加入,C0304和Ce02的晶粒尺寸趨于變小、具有更高的比表面積、暴露出更多活性位。Co、Ce比例為1的催化劑(Co/Ce-1)在200℃下可以完全催化氧化1000 ppm的乙烯,并具有穩(wěn)定的催化性能。錳銅催化劑由Mn203和CuO組成,Cu、Mn比例為0.5的催化劑(Cu/Mn-0.5)可以在235℃下達(dá)到乙烯的100%轉(zhuǎn)化。(5)一氧化碳和甲醛等中性氣體催化劑的探索研究。制備了低密度、高強(qiáng)度、高柔性的釕-石墨烯氣凝膠催化劑,用于一氧化碳的脫除,經(jīng)過空氣處理后,RuOx和Ru02的含量升高,更有利于催化反應(yīng),能在室溫下完全脫除500 ppm的CO,并可保持72 h以上。同時,測試了Co/Ce-1催化劑的一氧化碳催化性能,其能在30℃下完全催化氧化100 ppm的CO氣體,并具有很高的循環(huán)穩(wěn)定性,表現(xiàn)出了對乙烯和一氧化碳的廣譜催化性能。Pt-GA催化劑能在室溫下完全催化脫除一氧化碳和甲醛,表現(xiàn)出了對了乙烯、一氧化碳和甲醛等中性氣體的室溫廣譜催化脫除性能。
【關(guān)鍵詞】：炭材料 乙烯 中性氣體 吸附 催化
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U674.703;TQ028.15
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-28
• 1.1 乙烯的來源與危害13-14
• 1.2 乙烯的脫除方法14-19
• 1.2.1 吸附法14-17
• 1.2.2 直接氧化法17-18
• 1.2.3 催化氧化法18
• 1.2.4 生物過濾法18-19
• 1.3 常用的乙烯脫除劑19-22
• 1.3.1 乙烯吸附劑19-21
• 1.3.2 乙烯催化劑21-22
• 1.4 用于乙烯脫除的新材料22-23
• 1.4.1 球形中孔炭22
• 1.4.2 石墨烯氣凝膠22-23
• 1.5 其他中性氣體的脫除23-25
• 1.5.1 一氧化碳催化劑24-25
• 1.5.2 甲醛催化劑25
• 1.6 課題的提出25-28
• 第2章 改性球形中孔炭對乙烯吸附行為的研究28-47
• 2.1 引言28
• 2.2 實(shí)驗部分28-33
• 2.2.1 原料及試劑28-29
• 2.2.2 主要設(shè)備儀器29
• 2.2.3 吸附劑的制備29-31
• 2.2.4 分析表征31-32
• 2.2.5 吸附劑性能考察32-33
• 2.3 結(jié)果與討論33-46
• 2.3.1 球形中孔炭的形貌及結(jié)構(gòu)表征33-36
• 2.3.2 孔結(jié)構(gòu)的影響36-38
• 2.3.3 氮含量的影響38-41
• 2.3.4 鈀擔(dān)載的影響41-43
• 2.3.5 乙烯濃度的影響43-44
• 2.3.6 濕度的影響44-45
• 2.3.7 吸附劑循環(huán)性能45-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 第3章 球形中孔炭基催化劑催化脫除乙烯47-71
• 3.1 引言47
• 3.2 實(shí)驗部分47-51
• 3.2.1 原料及試劑47-48
• 3.2.2 主要設(shè)備儀器48
• 3.2.3 催化劑的制備48-49
• 3.2.4 分析表征49-50
• 3.2.5 催化劑性能考察50-51
• 3.3 結(jié)果與討論51-69
• 3.3.1 催化劑的結(jié)構(gòu)表征51-57
• 3.3.2 催化劑的活性表征57-63
• 3.3.3 催化劑的乙烯催化性能考察63-65
• 3.3.4 反應(yīng)條件對催化性能的影響65-67
• 3.3.5 反應(yīng)活化能和反應(yīng)級數(shù)的計算67-69
• 3.4 本章小結(jié)69-71
• 第4章 貴金屬-石墨烯氣凝膠催化劑脫除乙烯71-93
• 4.1 引言71
• 4.2 實(shí)驗部分71-74
• 4.2.1 原料及試劑71-72
• 4.2.2 主要設(shè)備儀器72
• 4.2.3 催化劑的制備72-73
• 4.2.4 分析表征73
• 4.2.5 催化劑性能考察73-74
• 4.3 結(jié)果與討論74-92
• 4.3.1 初始溶液pH對貴金屬-石墨烯氣凝膠形貌的影響74-78
• 4.3.2 貴金屬-石墨烯氣凝膠的表征78-85
• 4.3.3 貴金屬-石墨烯氣凝膠對乙烯的脫除85-86
• 4.3.4 鉑-石墨烯氣凝膠催化脫除乙烯的條件實(shí)驗86-89
• 4.3.5 鉑-石墨烯氣凝膠的金屬含量調(diào)節(jié)及性能考察89-92
• 4.4 本章小結(jié)92-93
• 第5章 聚合物輔助成型催化劑催化脫除乙烯93-112
• 5.1 引言93-94
• 5.2 實(shí)驗部分94-97
• 5.2.1 原料及試劑94
• 5.2.2 主要設(shè)備儀器94
• 5.2.3 催化劑的制備94-95
• 5.2.4 分析表征95
• 5.2.5 催化劑性能考察95-97
• 5.3 結(jié)果與討論97-110
• 5.3.1 鈷鈰催化劑的表征97-103
• 5.3.2 鈷鈰催化劑的乙烯催化性能考察103-105
• 5.3.3 反應(yīng)條件對鈷鈰催化劑性能的影響105-107
• 5.3.4 錳銅系列催化劑的表征與性能考察107-110
• 5.4 本章小結(jié)110-112
• 第6章 一氧化碳和甲醛等中性氣體催化劑的探索研究112-129
• 6.1 引言112
• 6.2 實(shí)驗部分112-116
• 6.2.1 原料及試劑112-113
• 6.2.2 主要設(shè)備儀器113
• 6.2.3 催化劑的制備113-114
• 6.2.4 分析表征114
• 6.2.5 一氧化碳催化性能的考察114-115
• 6.2.6 甲醛催化性能的考察115-116
• 6.3 結(jié)果與討論116-128
• 6.3.1 釕-石墨烯氣凝膠的形貌及結(jié)構(gòu)表征116-117
• 6.3.2 改性釕-石墨烯氣凝膠的表征117-120
• 6.3.3 釕-石墨烯氣凝膠的一氧化碳催化性能120-121
• 6.3.4 鈷鈰催化劑的一氧化碳催化性能121-123
• 6.3.5 鉑-石墨烯氣凝膠的一氧化碳、甲醛催化性能123-128
• 6.4 本章小結(jié)128-129
• 第7章 論文結(jié)論及今后工作展望129-132
• 7.1 論文的主要結(jié)論129-130
• 7.2 本論文的創(chuàng)新之處130-131
• 7.3 今后工作展望131-132
• 參考文獻(xiàn)132-147
• 作者簡介及發(fā)表論文情況147-149
• 致謝149

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：818181