【摘要】：甲醛(HCHO)是室內空氣中常見的一種揮發(fā)性有機物,嚴重危害人體健康。對室內空氣中甲醛污染的去除和治理具有非常重要的研究意義。室溫催化氧化法由于催化劑能重復使用,且無需額外能量輸入就能夠將甲醛徹底氧化成無毒的CO2和H2O而受到了研究工作者的廣泛關注。在此過程中,研制高效率、穩(wěn)定性好的催化劑至關重要。目前室溫甲醛氧化催化劑一般是負載貴金屬的催化劑,而該負載型貴金屬催化劑活性又極大地受到載體的影響。為了合理設計和制備高效室溫催化氧化甲醛復合催化劑,本工作制備了一系列負載貴金屬型室溫催化氧化甲醛復合材料,探討了載體的微結構和表面羥基官能團對復合催化劑的影響,并取得了以下成果:(1)采用微波輔助合成四氧化三鈷(Co3O4)的前驅體,然后通過煅燒獲得了納米棒狀Co3O4;以Co3O4納米棒為載體,采用浸漬-硼氫化鈉(NaBH4)還原法制備了納米棒Co3O4負載Pt的催化劑(Pt/Co3O4)。所制備的Co3O4納米棒是由納米顆粒自組裝而成,長度約在400 700 nm,直徑約在40 50 nm間。相較于商業(yè)Co3O4負載Pt催化劑(Pt/Co3O4-c)和商業(yè)二氧化鈦(TiO2)負載Pt催化劑(Pt/TiO2),Pt/Co3O4催化劑表現(xiàn)出最好的室溫催化氧化甲醛性能。這主要與其獨特的納米棒狀形貌導致的氧物種快速流動性、Pt納米顆粒和Co3O4載體間的強相互作用以及Co3O4的氧化還原性有關。(2)采用微乳液法一鍋合成了氧化鈰-羥基氧化鋁(CeO2/AlOOH)復合物,并通過浸漬、Na BH4還原Pt前驅體的方法制備了CeO2/AlOOH復合物負載的Pt納米顆粒復合催化劑。對比研究了不同比例的CeO2/AlOOH復合物負載Pt復合催化劑在室溫下催化氧化甲醛的性能。研究結果表明,CeO2/AlOOH的摩爾比為1:9時負載Pt復合催化劑(Pt/Al9Ce1)表現(xiàn)出優(yōu)異的室溫去除甲醛活性。Pt/Al9Ce1催化劑優(yōu)異的甲醛催化氧化性能主要與其豐富的表面羥基、CeO2的貯氧特性、Pt納米顆粒的高分散度以及AlOOH載體優(yōu)異的甲醛吸附性能等有關。結合原位紅外光譜檢測反應中間產(chǎn)物,提出了Pt/Al9Ce1催化劑催化分解甲醛的可能途徑。甲醛氧化過程中生成的吸附態(tài)中間產(chǎn)物在氧氣(O2)存在下,能進一步氧化成CO2。(3)采用微乳液法、微波水熱法和水熱法制備了γ-AlOOH;通過浸漬-Na BH4還原法將Au納米顆粒沉積在三種方法制備的AlOOH載體上,制備了AlOOH負載Au(Au/AlOOH)室溫催化氧化甲醛復合催化劑。研究結果表明,用微乳液法制備的AlOOH載Au復合催化劑(Au/AlOOH-m)室溫去除甲醛活性最高,其次是微波水熱法制備的AlOOH負載Au復合催化劑(Au/AlOOH-w),水熱法制備的AlOOH負載Au復合催化劑(Au/AlOOH-h)去除甲醛活性最低。通過一系列的物理化學性質表征發(fā)現(xiàn),AlOOH載體的微結構、Au納米顆粒大小及分散度、表面羥基含量及AlOOH與Au納米顆粒間的相互作用對復合催化劑室溫去除甲醛性能有較大影響。Au/Al OOH-m催化劑優(yōu)異的室溫去除甲醛性能主要與該催化劑較大的比表面積、較小的Au納米顆粒、較多的表面羥基和載體較好的甲醛吸附容量有關。闡釋了Au和AlOOH間強相互作用、O2的活化及表面羥基在Au/AlOOH-m催化氧化甲醛過程中的影響。(4)負載型Pt催化劑是目前室溫催化分解甲醛性能最好的催化劑。而載體能明顯的影響負載型Pt催化劑的性能。在此,我們采用水熱法制備了分等級結構花球狀的鎳鋁水滑石(Ni Al-LDH),并將其用作負載Pt的載體。采用浸漬-Na BH4還原法制備了NiAl-LDH負載Pt催化劑(Pt/Ni Al-LDH),并研究了不同[Ni2+]/[Al3+]摩爾比的NiAl-LDH載體對Pt/Ni Al-LDH催化劑室溫催化氧化甲醛性能的影響。通過表征和分析發(fā)現(xiàn),Pt/Ni Al-LDH催化劑是由交錯連接的納米片組成,沉積的Pt納米顆粒約3 4 nm。當[Ni2+]/[Al3+]比值為2:1時,得到的負載型Pt催化劑(Pt/Ni Al21)顯示出最好的室溫催化氧化甲醛性能。經(jīng)過7次循環(huán)后,Pt/Ni Al21仍然保持很高的甲醛去除效率,表明其具有良好的催化氧化甲醛穩(wěn)定性。根據(jù)原位紅外光譜及性能測試結果,我們提出了Pt/NiAl21室溫催化氧化甲醛的反應的可能機理。(5)采用水熱-浸漬-Na BH4還原法制備了Fe2O3納米片/氧化石墨烯(GO)負載Pt(Pt/GOFe)催化劑。研究發(fā)現(xiàn)GO的加入能改變Fe2O3納米片負載Pt(Pt/Fe)催化劑的表面化學性質,從而提高其室溫催化氧化甲醛性能。Pt/GOFe優(yōu)異的催化性能與Fe2O3納米片獨特形貌、GO表面豐富氧物種和離域π鍵以及Pt與GOFe間強烈相互作用產(chǎn)生的活性氧物種等有關。原位紅外結果表明Pt/GOFe催化劑表面的活性氧物種直接參與了甲醛的催化氧化反應;甲酸鹽中間產(chǎn)物氧化成CO2和H2O是決速步驟。Pt/GOFe催化劑優(yōu)異的催化性能和穩(wěn)定性使其有希望成為高活性的室溫分解甲醛復合材料。
【圖文】：

武漢理工大學博士學位論文醛濃度為 15 mg/m3時，通過 7 天的不間斷觀察，發(fā)現(xiàn)常春藤吸收功效。耿孝恒等[16]通過模擬試驗比較了幾種常見室內植除能力，，發(fā)現(xiàn)實驗過程中它們的甲醛吸收率都大于 80%，甲吊蘭>虎尾蘭>蘆薈。盆栽植物去除甲醛機制主要是通過莖葉內部的傳輸及其代謝轉化、根際微生物的降解作用以及土壤（如圖 1-1 所示）。

武漢理工大學博士學位論文發(fā)下，產(chǎn)生光生電子（e ）和空穴（h+），隨后光生電子遇 O2生成超氧自由基（O2-.），同時空穴將 VOCs 氧化成中間產(chǎn)物 VOCs+.。此外，空穴可以與 H2O 反應生成羥基自由基（HO.），活性氧物種 O2-.、HO.與生成的污染物中間體反應，進一步將VOC 中間產(chǎn)物完全氧化成 CO2和 H2O。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X51;TU834.8;O643.36

【參考文獻】

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本文編號：2699801