【摘要】：揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是O3和PM2.5等二次污染的重要前體物,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,VOCs排放量逐年上升,導(dǎo)致的大氣污染問題逐漸凸顯,VOCs治理迫在眉睫。等離子體催化技術(shù)作為新的空氣污染凈化技術(shù)之一,可在常溫常壓下轉(zhuǎn)化VOC,具有轉(zhuǎn)化效率高、占地面積小、反應(yīng)快速、降低二次污染等顯著優(yōu)點(diǎn),其相關(guān)研究受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。但由于等離子體催化體系復(fù)雜,缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù),VOCs在等離子體中的降解途徑以及催化劑在等離子體降解中的作用等機(jī)理研究尚未清楚,影響該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。本文采用低溫等離子體協(xié)同γ-Al2O3及其負(fù)載Ag、NiO、MnOx活性組分后的催化劑降解甲苯,綜合評(píng)價(jià)催化劑在連續(xù)放電降解法和吸附存儲(chǔ)-放電法中催化降解甲苯的性能,考察不同降解方法之間催化降解甲苯過程的區(qū)別,分析催化劑的吸附性及不同活性組分的添加對(duì)反應(yīng)過程的影響,并通過自行設(shè)計(jì)的原位紅外反應(yīng)池,對(duì)連續(xù)放電及吸附存儲(chǔ)-放電催化降解甲苯過程中催化劑表面的吸附物種連續(xù)在線分析,并結(jié)合GCMS分析結(jié)果,對(duì)催化劑表面中間物種物種的變化進(jìn)行研究,探討甲苯的降解途徑及降解過程中的關(guān)鍵物種及控制步驟。采用浸漬法制備Ag/γ-Al2O3、NiO/γ-Al2O3、MnOx/γ-Al2O3催化劑,甲苯的降解效率從大到小依次為MnOx/γ-Al2O3NiO/γ-Al2O3Ag/γ-Al2O3γ-Al2O3空管,甲苯在等離子體催化作用下的降解效果與催化劑對(duì)甲苯的吸附和O3的分解能力有關(guān)。吸附存儲(chǔ)-放電法在甲苯去除率、碳平衡和二氧化碳選擇性方面優(yōu)于連續(xù)放電法,特別是甲苯去除率可達(dá)100%。吸附存儲(chǔ)在催化劑表面的甲苯能有效利用等離子體產(chǎn)生的活性物種,間歇放電能夠使催化劑表面的活性位點(diǎn)暴露,減少中間產(chǎn)物或副產(chǎn)物的沉積,從而促進(jìn)甲苯的氧化分解�；钚越M分的添加促進(jìn)了甲苯的降解。Ag可以與甲苯分子形成π配位絡(luò)合,增加催化劑的吸附容量和吸附強(qiáng)度,NiO改變催化劑表面的親電性和氫吸附作用,弱化苯環(huán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;MnOx的加入提升了催化劑的氧化還原能力和降解臭氧的能力,促使中間產(chǎn)物迅速氧化降解。等離子體催化降解甲苯的主要產(chǎn)物為苯甲醇、苯甲醛、苯甲酸、酯類及胺類等。結(jié)合GC-MS和原位紅外分析結(jié)果,等離子體催化氧化甲苯時(shí),放電降解模式影響其降解途徑。連續(xù)放電中間產(chǎn)物種類多,吸附存儲(chǔ)-放電模式的中間產(chǎn)物較少,相比連續(xù)放電法降解甲苯更為徹底,且未檢測(cè)到胺類物質(zhì)的生成。等離子體降解甲苯的路徑主要路徑為甲苯→苯甲醇→苯甲醛→苯甲酸→小分子醇、酸、酯→CO2和H2O。
[Abstract]:Volatile organic compounds (VOCs) are important precursors of secondary pollution, such as O3 and PM2.5. With the economic development of China, VOCs emissions are increasing year by year. As one of the new air pollution purification technologies, plasma catalytic technology can convert VOC at room temperature and atmospheric pressure. It has many advantages, such as high conversion efficiency, small area, rapid reaction, reducing secondary pollution, and so on. The related research has been widely concerned by scholars at home and abroad. However, due to the complexity of plasma catalytic system, the mechanism of VOCs degradation in plasma and the role of catalyst in plasma degradation are not clear, which will affect the popularization and application of this technology. In this paper, the catalytic degradation of toluene by low temperature plasma in combination with 緯 -Al 2O 3 and the active components of Agn NiO- MNO x was evaluated. The catalytic degradation of toluene by continuous discharge degradation and adsorption storage discharge was evaluated. The differences of catalytic degradation of toluene among different degradation methods were investigated. The adsorption of catalyst and the effect of addition of different active components on the reaction process were analyzed, and the in-situ infrared reaction cell was designed. In the process of continuous discharge and adsorptive storage-discharge catalytic degradation of toluene, the adsorption species on the catalyst surface were continuously analyzed on line, and the changes of intermediate species on the catalyst surface were studied based on the results of GCMS analysis. The degradation pathway, key species and control steps of toluene degradation were discussed. Ag/ 緯 -Al _ 2O _ 3NiO / 緯 -Al _ 2O _ 3 Mn-Ox/ 緯 -Al _ 2O _ 3 catalysts were prepared by impregnation method. The degradation efficiency of toluene was in the order of MnOx/ 緯 -Al _ 2O _ 3NiO / 緯 -Al _ 2O _ 3Ag / 緯 -Al _ 2O _ 3 緯 -Al _ 2O _ 3 hollow tubes. The degradation effect of toluene under plasma catalysis was related to the adsorption of toluene and the decomposition of O _ 3. Adsorption storage-discharge method is superior to continuous discharge method in toluene removal rate, carbon balance and carbon dioxide selectivity, especially in toluene removal rate up to 100. Adsorption of toluene stored on the surface of the catalyst can effectively utilize the active species produced by plasma. Intermittent discharge can expose the active sites on the surface of the catalyst and reduce the deposition of intermediate or by-products, thus promoting the oxidative decomposition of toluene. The addition of active component can promote the degradation of toluene. Ag can form 蟺 coordination complexation with toluene molecule, increase the adsorption capacity and adsorption strength of the catalyst and change the electrophilicity and hydrogen adsorption of the catalyst surface. The weakening of the stability of benzene ring structure and the addition of MnOx enhanced the redox ability of the catalyst and the ability of ozone degradation, and promoted the intermediate product to be oxidized and degraded rapidly. The main products of plasma catalytic degradation of toluene are benzyl alcohol, benzaldehyde, benzoic acid, esters and amines. Combined with the results of GC-MS and in situ infrared analysis, the mode of discharge degradation affected the degradation pathway of toluene catalyzed by plasma. There are many kinds of intermediate products in continuous discharge and less intermediate products in adsorptive storage-discharge mode. The degradation of toluene by continuous discharge is more thorough than that by continuous discharge and the generation of amines is not detected. The main pathway of plasma degradation of toluene is toluene, benzyl, benzaldehyde, benzoic acid, carboxylic acid, ester CO _ 2 and H _ 2O.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X701

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本文編號(hào)：2136797