【摘要】：在近地表面處,人體與臭氧長時間接觸,會造成免疫機能、神經(jīng)系統(tǒng)受損。近地表面處的臭氧主要源頭是在醫(yī)療衛(wèi)生、食品保鮮、水質(zhì)處理等領(lǐng)域使用臭氧后的殘留。綠色高效、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟的臭氧分解技術(shù)被人類所亟需。室溫催化分解臭氧的方法具備高效、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟的特點,備受學(xué)界關(guān)注。氧化錳八面體分子篩是一種類似沸石型分子篩結(jié)構(gòu)的新型材料,該材料的骨架結(jié)構(gòu)上含有大量混合價態(tài)的Mn離子(Mn~(2+)、Mn~(3+)、Mn~(4+))、能提供較大的比表面積和具有一定的抗?jié)裥阅?因而有著優(yōu)異的離子交換性和良好的氧化還原性能,此外還具備優(yōu)良的孔道效應(yīng)、吸附效應(yīng),使其有利于吸附臭氧和分解臭氧過程的進行。本文采用水熱法、回流法、固相法制備一系列OMS-2(Manganese oxide octahedral molecular sieves)催化劑,采用前摻雜法引入過渡金屬制備M-OMS-2催化劑,考察不同焙燒溫度、不同濕度條件分別對催化劑催化分解臭氧性能的影響。利用XRD、FESEM、BET、H_2-TPR和XPS等表征手段對催化劑進行表征。研究發(fā)現(xiàn):通過回流法合成的RF-OMS-2催化劑在干燥氛圍下對臭氧催化分解性能較優(yōu),催化活性優(yōu)于用水熱法合成的HM-OMS-2催化劑和用固相法合成的SP-OMS-2催化劑。利用回流法合成的RF-OMS-2催化劑具有較高結(jié)晶度和相對低的還原溫度,均有利于催化分解臭氧反應(yīng)進行。不同焙燒溫度制備而成的RF-OMS-2催化劑表現(xiàn)出的催化活性有所差異,其中在500℃條件焙燒制備的RF-OMS-2-500℃催化劑催化活性較優(yōu),不同濕氛圍對其催化活性影響顯著,這與水分子吸附在催化劑表面從而阻隔了臭氧與催化劑活性點位有效接觸有關(guān)。利用前摻雜法引入過渡金屬制備M-OMS-2催化劑。與引入其他過渡金屬制備的Ce-OMS-2、Co-OMS-2、Ni-OMS-2、Fe-OMS-2催化劑相比,Cu-OMS-2催化劑具有較大的比表面積和相對低的還原溫度,有利于吸附臭氧后催化分解和氧化還原反應(yīng)發(fā)生,表現(xiàn)出最優(yōu)的催化分解臭氧活性。通過前摻雜法合成n_(Cu):n_(Mn)不同比例的Cu-OMS-2催化劑,在400℃條件下焙燒。Cu-OMS-2催化劑(n_(Cu):n_(Mn)=0.01)在反應(yīng)初始時臭氧轉(zhuǎn)化率達到100%,在反應(yīng)150 min后活性變化不大,活性均優(yōu)于RF-OMS-2催化劑和其他n_(Cu):n_(Mn)比例的Cu-OMS-2催化劑。Cu-OMS-2催化劑(n_(Cu):n_(Mn)=0.01)表面的Mn~(3+)和吸附氧含量豐富,有利于與臭氧結(jié)合生成過氧化氧物種,也使過氧化氧物種易發(fā)生脫附過程,促使臭氧分解,并且Cu-OMS-2-400℃催化劑(n_(Cu):n_(Mn)=0.01,RH=80%)的催化分解臭氧活性優(yōu)于RF-OMS-2(RH=0%),說明在相對濕度較高條件下,引入金屬Cu能提高該催化劑的活性。
【圖文】：

其中氧化錳八面體分子篩（Manganese oxide octahedral molecular sieves，簡稱為 OMS-2）是一種類似沸石型分子篩結(jié)構(gòu)的新型材料，MnO6x-八面體是其基本單元，OMS-2 由 2×2 共邊的 MnO6x-八面體形成鏈，鏈與鏈之間通過 MnO6x-八面體頂點的氧原子相連接而成的一維隧道結(jié)構(gòu)錳氧化物。OMS-2 的孔徑為0.46nm×0.46nm，與沸石型分子篩的孔徑（0.23nm~0.52nm）大小相當(dāng)，具體結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。該材料的骨架結(jié)構(gòu)上含有大量混合價態(tài)的 Mn 離子（Mn2+、Mn3+、Mn4+），平均價態(tài)約 3.8[36]。由于 OMS-2 孔道中存在大量混合價態(tài)的錳離子與鉀離子，同時鉀離子一方面對整個孔道結(jié)構(gòu)起支撐作用，另一方面可被其他金屬陽離子部分替換[37-38]，因而具備優(yōu)異的離子交換性和良好的氧化還原性能，此外還具備優(yōu)良的孔道效應(yīng)、吸附效應(yīng)[39]，使其廣泛應(yīng)用在電極材料[40]和多相催化領(lǐng)域[41]。

圖 2-1 評價體系示意圖Fig.2-1 Schematic representation of the testing equipment2.2.2.1 催化劑活性評價裝置的穩(wěn)定性在進行催化劑活性評價前，，率先進行臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧穩(wěn)定性的實驗，實驗結(jié)果如圖 2-2 所示。從圖中不難發(fā)現(xiàn)，在臭氧發(fā)生器運行的 1440 min 內(nèi)，其產(chǎn)生的臭氧濃度在一定范圍內(nèi)波動，位于圖中央實線代表在 1440 min 內(nèi)臭氧濃度平均值為45 mg·m-3，上下兩虛線代表臭氧濃度平均值±5%（即 47.25 mg·m-3和42.75 mg·m-3）。同時，在運行的 1440 min 內(nèi)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧濃度值均落在上述范圍內(nèi)，意味著其運行平穩(wěn)，產(chǎn)生臭氧濃度較為穩(wěn)定，符合實驗所需且造成的誤差不至于過大。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36

【參考文獻】

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1 晉樂飛;馮斐斐;段麗菊;張巧;吳衛(wèi)東;;臭氧對呼吸系統(tǒng)影響研究進展[J];中國公共衛(wèi)生;2015年05期

2 王燕彩;劉昕;寧平;張秋林;張金輝;徐利斯;唐小蘇;王明智;;制備方法對氧化錳八面體分子篩的NH_3選擇性催化還原NO_x性能的影響[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2014年11期

3 路恒;葉青;余暢;向欣;楊海琳;王道;;OMS-2負載Ag催化劑的制備及催化氧化性能研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2014年09期

4 王鳴曉;張彭義;李金格;姜傳佳;;錳負載量對活性炭載錳氧化物的結(jié)構(gòu)及催化分解臭氧性能的影響(英文)[J];催化學(xué)報;2014年03期

5 周麗娜;陳耀強;任成軍;龔茂初;;Pd/MnO_x+Pd/γ-Al_2O_3整體式催化劑降解地表臭氧[J];無機化學(xué)學(xué)報;2013年11期

6 陳曉敏;張小慶;劉勝男;孫明;;溶膠凝膠法合成氧化錳八面體分子篩[J];廣東化工;2013年04期

7 龍麗萍;趙建國;楊利嫻;付名利;吳軍良;黃碧純;葉代啟;;常溫下MnO_2/Al_2O_3催化劑催化臭氧氧化甲苯反應(yīng)[J];催化學(xué)報;2011年06期

8 劉林林;田華;賀軍輝;楊巧文;王東;;隱鉀錳礦型和水鈉錳礦型氧化錳的研究進展[J];化學(xué)通報;2011年04期

9 張博;史蕊;張彭義;徐九華;;制備條件對Au/AC催化分解臭氧性能的影響[J];稀有金屬材料與工程;2010年04期

10 劉雪松;魯繼青;王曉霞;羅孟飛;;OMS-2的制備及其負載PdO對CO氧化的催化活性[J];催化學(xué)報;2010年02期

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本文編號：2703685