發(fā)布時間：2018-01-16 08:05

  本文關(guān)鍵詞：臭氧催化氧化脫除低濃度甲醛的新方法（英文）　出處：《催化學報》2017年10期 　論文類型：期刊論文

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【摘要】：甲醛作為一種典型的室內(nèi)揮發(fā)性有機污染物,對人體健康危害很大.目前,在可用于室內(nèi)甲醛脫除的諸多方法之中,臭氧催化氧化法因可于室溫下使用廉價的金屬氧化物催化劑實現(xiàn)對甲醛的高效脫除,從而受到了科研工作者的廣泛關(guān)注.然而,考慮到室內(nèi)甲醛的濃度極低,且存在著長期緩慢釋放的特點,傳統(tǒng)的臭氧催化氧化法應(yīng)用于實際的室內(nèi)甲醛脫除不僅會造成能量的浪費,而且還易因未完全分解臭氧的連續(xù)釋放帶來二次污染問題.為了提高臭氧催化氧化脫除甲醛過程的臭氧利用率,降低能耗,并有效緩解未分解臭氧引起的二次污染,本文將一種循環(huán)的甲醛存儲-臭氧催化氧化新方法應(yīng)用于室內(nèi)低濃度甲醛的脫除.該新方法包含甲醛存儲與臭氧催化氧化兩個過程,在存儲階段低濃度甲醛吸附存儲于催化劑表面,而在臭氧催化氧化階段臭氧將存儲的甲醛氧化為CO_2與H_2O,并重新釋放催化劑表面的吸附位.因負載型氧化錳具有優(yōu)良的臭氧分解能力,本研究以Al_2O_3負載的MnO_x為催化劑,通過研究前驅(qū)體及擔載量對甲醛脫除反應(yīng)的影響,篩選出了最優(yōu)的MnO_x/Al_2O_3催化劑,并對相對濕度的影響規(guī)律進行了考察,最后通過低濃度甲醛存儲-臭氧催化氧化循環(huán)實驗驗證了該甲醛臭氧催化氧化新過程的可靠性.我們采用傳統(tǒng)的等體積浸漬法,基于不同的前驅(qū)體制備MnO_x/Al_2O_3催化劑.XRD表征結(jié)果表明,乙酸錳為前驅(qū)體制得的MA/Al_2O_3催化劑中MnO_x相主要為Mn3O4(粒徑約為6.0 nm);而硝酸錳前驅(qū)體所得MN/Al_2O_3催化劑中則含有MnO2與Mn_2O_3相,且其MnO_x顆粒粒徑較大,約為9.5 nm.XPS測試結(jié)果表明,MA/Al_2O_3催化劑含有Mn~(2+),Mn~(3+)及Mn~(4+),其中Mn~(3+)與Mn~(4+)的含量分別為75%與12%;而MN/Al_2O_3催化劑則僅含有Mn~(3+)與Mn~(4+),含量分別為35%與65%.上述XRD與XPS結(jié)果相一致,說明以乙酸錳為前驅(qū)體所得催化劑的分散度較高且易形成低氧化態(tài)的Mn.甲醛存儲-臭氧催化氧化實驗結(jié)果表明,與Al_2O_3及MN/Al_2O_3相比,MA/Al_2O_3催化劑具有更高的甲醛存儲與催化氧化脫除性能.基于MA/Al_2O_3催化劑,不同Mn負載量下的甲醛存儲與臭氧催化氧化實驗結(jié)果表明,Mn負載量為10 wt%時MA/Al_2O_3的性能最佳.因而,進一步的實驗中我們均選用最優(yōu)的10 wt%MA/Al_2O_3為催化劑,其在50%相對濕度下的甲醛存儲量為26.9μmol/mL,臭氧催化氧化階段碳平衡為92%,CO_2選擇性為100%.相對濕度的影響結(jié)果(23°C)則表明,由于水分子與甲醛分子間存在著競爭吸附作用,甲醛存儲容量隨相對濕度的增加而降低;但因相對濕度增加可建立利于甲醛氧化的新途徑,故臭氧催化氧化性能隨相對濕度增加而增強.綜合考慮,10 wt%MA/Al_2O_3上甲醛存儲-臭氧催化氧化的最優(yōu)相對濕度為50%.為驗證所提出新方法的實用性,我們基于10 wt%MA/Al_2O_3開展了甲醛存儲-臭氧催化氧化的4次循環(huán)實驗.4次循環(huán)實驗中的甲醛存儲以及臭氧催化氧化處理的規(guī)律可基本保持一致.50%相對濕度下,低濃度甲醛(15×10-6)在空速為27000 h-1時的穿透時間為110 min,而在臭氧催化氧化階段(150×10-6臭氧,空速15000 h-1)僅需約50 min即可實現(xiàn)對存儲甲醛的氧化脫除(碳平衡大于92%,CO_2選擇性100%),表明該新方法較傳統(tǒng)的臭氧催化氧化方法臭氧用量可節(jié)省60%.
[Abstract]:Formaldehyde as a typical indoor volatile organic pollutants, great harm to human health. At present, many methods can be used in indoor formaldehyde removal, catalytic ozonation Fayinke at room temperature using cheap metal oxide catalysts for efficient removal of formaldehyde, which attracted the attention of researchers. However, considering the very low concentration of indoor formaldehyde, and there exists long-term slow release, the traditional ozone catalytic oxidation method is applied to the actual removal of indoor formaldehyde will not only cause the waste of energy, but also due to the incomplete decomposition of ozone for the release of two pollution problems. In order to improve the ozone catalytic oxidation of formaldehyde utilization process, reduce energy consumption, and effectively alleviate the two pollution not caused by the decomposition of ozone, a cyclic formaldehyde storage catalytic ozonation NEW The removal methods applied to low concentration of formaldehyde in the indoor. The new method includes formaldehyde storage and ozone oxidation of two processes in the storage stage of low concentration formaldehyde adsorption storage on the surface of the catalyst in the catalytic ozonation stage of ozone oxidation of formaldehyde storage for CO_2 and H_2O, and re release adsorbed. Because of the load manganese oxide has excellent ozone decomposition ability, in this study, Al_2O_3 supported MnO_x as catalyst, through the study of precursor and loading effect on the removal of formaldehyde, MnO_x/Al_2O_3 were screened out the optimal catalyst, and the influence of relative humidity were studied. Finally, through the low concentration formaldehyde storage - ozone catalytic oxidation the experiment verifies the reliability of the new recycling process of the formaldehyde catalytic ozonation. We adopt the traditional impregnation method, the preparation of MnO_x/ Al_2 based on different precursor O_3.XRD catalyst characterization results showed that manganese acetate as precursors of MnO_x MA/Al_2O_3 catalyst in the main phase was Mn3O4 (diameter 6 nm); and the nitrate precursor MN/Al_2O_3 catalyst contains MnO2 and Mn_2O_3, and the MnO_x particle size is large, about 9.5 of the nm.XPS test results showed that MA/Al_2O_3 catalyst containing Mn~ (2+), Mn~ (3+) and Mn~ (4+), Mn~ (3+) and Mn~ (4+) content were 75% and 12%; and the MN/Al_2O_3 catalyst containing only Mn~ (3+) and Mn~ (4+), the content is 35% and 65%. respectively the XRD and XPS results are consistent. With manganese acetate as precursor of the catalyst dispersion is high and easy to form a low oxidation state Mn. formaldehyde storage catalytic ozonation experiment results show that compared with Al_2O_3 and MN/Al_2O_3, the MA/Al_2O_3 catalyst has higher formaldehyde storage and catalytic oxidation removal performance. Based on the MA/Al_2O_3. Agent Mn, different load storage and ozone oxidation of formaldehyde under the experimental results show that the loading of Mn was the best performance of MA/Al_2O_3 10 wt%. Therefore, further experiments we choose the optimum wt%MA/Al_2O_3 10 as catalyst, the amount of storage of formaldehyde in 50% relative humidity is 26.9 mol/mL, catalytic ozonation the oxidation stage carbon balance was 92%, the selectivity of CO_2 for the effect of 100%. relative humidity (23 degrees C) indicates that, because the water molecules and formaldehyde molecules exist between the competitive adsorption of formaldehyde, storage capacity decreases with the increase of relative humidity; but because of the increase of relative humidity can be set up new ways to formaldehyde oxidation, so the ozone catalytic oxidation performance increases with the increase of relative humidity. Considering the 10 wt%MA/Al_2O_3 optimal storage formaldehyde - ozone catalytic oxidation of relative humidity is 50%. for the new proposed method is verified by us. 10 wt%MA/Al_2O_3 to carry out storage - ozone oxidation of the formaldehyde 4 cycle experiment of.4 cycles in the experiment of formaldehyde storage and ozone catalytic oxidation rules consistent with.50% relative humidity on formaldehyde in low concentration (15 * 10-6) in airspeed is 27000 H-1 when the breakthrough time was 110 min, while the ozone catalytic oxidation stage (150 10-6 * 15000 H-1 ozone, airspeed) only about 50 min can be realized on the oxidative removal of formaldehyde (storage of carbon balance is greater than 92%, the selectivity of CO_2 100%), indicating that the ozone catalytic oxidation method, the new method is better than the traditional ozone dosage can save 60%.

【作者單位】： 大連海事大學船舶防污染測控技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心;大連理工大學等離子體物理化學實驗室;大連理工大學氫能與環(huán)境催化研究中心;
【基金】：supported by the National Natural Science Foundation of China(21673030) the Higher Education Development Fund(for Collaborative Innovation Center) of Liaoning Province,China(20110217004)~~
【分類號】：O643.36;X51
【正文快照】： 1.IntroductionIndoor air quality has become a serious issue owing to theincreasing amount of time people spent indoors.Formaldehyde(HCHO)is a common volatile organic compound(VOC)presencein indoor air,which poses serious risks to human health[1,2].Thus,r

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本文編號：1432230