介質(zhì)阻擋放電結(jié)合錳催化劑降解甲苯研究.pdf

1、我國工業(yè)源排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)總量逐年增加，對環(huán)境造成了不容忽視的危害。低溫等離子體技術(shù)在處理VOCs方面具有處理流程短、效率高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，逐步顯示出其在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢，特別是在處理低濃度VOCs的應(yīng)用中。但單獨(dú)的低溫等離子技術(shù)仍然存在能耗較高及產(chǎn)生副產(chǎn)物等缺點(diǎn)。本文針對低溫等離子體技術(shù)處理VOCs在實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)難點(diǎn)，研制出一種適合于兩段式低溫等離子體催化處理VOCs的高效催化劑，為等離子體催化協(xié)同凈化有機(jī)

2、廢氣技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和研究奠定基礎(chǔ)。
　　 采用共沉淀法制備了Ag/Co3O4催化劑、Al2O3負(fù)載及未負(fù)載的6種錳基催化劑，利用自制的二段式等離子體催化裝置考察了甲苯降解效果；應(yīng)用XRD、XPS、N2吸附-脫附等手段對催化劑進(jìn)行了表征；研究了負(fù)載量、反應(yīng)條件(初始濃度、流量、濕度)、臭氧濃度及反應(yīng)溫度對甲苯降解的影響。主要結(jié)論如下：
　　 (1)單獨(dú)等離子體降解甲苯效果隨著能量密度的增大而增大，在79.2 J/L時可降解

3、35 ppm甲苯，并同時產(chǎn)生784 ppm的臭氧，且甲苯降解濃度和臭氧產(chǎn)生濃度之間存在線性關(guān)系。紅外譜圖顯示單獨(dú)等離子降解甲苯的副產(chǎn)物包括HCOOH、N2O、O3及CO，且它們的量隨著能量密度的增加而增加。
　　 (2)焙燒溫度對Ag/Co3O4催化劑熱催化降解甲苯活性有較大影響，其活性順序如下：673 K>873 K>473 K，于673 K焙燒的樣品在502 K下可將甲苯完全降解，結(jié)合催化劑表征結(jié)果可知Ag的存在形態(tài)對氧化反

4、應(yīng)具有較大的影響。但其結(jié)合等離子體降解甲苯效果不佳，能量密度為28.8 J/L時，其甲苯降解效率為40％，比單獨(dú)等離子體提高30％。
　　 (3)對于不負(fù)載的錳基復(fù)合氧化物，其結(jié)合等離子體催化降解甲苯及去除臭氧活性順序?yàn)镃e-Mn>Co-Mn>Ni-Mn，其中Ce-Mn在SIE為49.2 J/L時甲苯降解率可達(dá)99％，臭氧殘余72 ppm。對于負(fù)載型復(fù)合氧化物催化劑，其結(jié)合等離子體催化降解甲苯及去除臭氧活性順序?yàn)镃o-Mn/Al

5、>Ce-Mn/Al>Ni-Mn/Al，其中Co-Mn/Al在SIE為28.8 J/L時甲苯降解率可達(dá)100%，無臭氧殘余。FT-IR圖譜表明單獨(dú)等離子體降解甲苯主要副產(chǎn)物為HCOOH、O3、N2O、CO等，結(jié)合錳基催化劑后副產(chǎn)物均得到一定的控制，效果最好的是Co-Mn/Al催化劑，除少量N2O和CO外，主要產(chǎn)物為CO2，并且CO2量隨著能量密度的升高而升高。
　　 (4)Co的摻雜能提高并穩(wěn)定MnOx的活性，Co-Mn原子比例為

6、1:1時催化劑活性最佳，在SIE為49.2 J/L時，甲苯降解效率可達(dá)94％，結(jié)合催化劑表征數(shù)據(jù)可知Co3Mn3O4晶體及晶格氧含量高對催化劑活性有較大的促進(jìn)作用。甲苯在催化劑上的降解量隨著臭氧濃度的變化呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，其臭氧濃度轉(zhuǎn)折點(diǎn)為350 ppm。反應(yīng)溫度對甲苯降解有很大的影響，室溫條件下對甲苯降解和臭氧利用最為有利，但是考慮到兩段式反應(yīng)器的整體降解效果，溫度為348 K更為合適。
　　 (5)當(dāng)SIE為19.2

7、J/L時，甲苯轉(zhuǎn)化率隨著催化劑負(fù)載量的增加而增加，進(jìn)一步增加SIE，負(fù)載量對甲苯轉(zhuǎn)化率幾乎沒有影響，在SIE為28.8 J/L時甲苯可幾乎完全降解。甲苯降解效率隨初始濃度的增加而降低，隨空速的減少而增加，隨濕度的變化有一最佳值(RH=28%)，此時臭氧去除效果也最好，濕度過高或者過低都不利于甲苯的降解。在一定條件下多段連續(xù)等離子催化相對于并行多段等離子體催化降解效果更佳，但首個等離子體催化反應(yīng)器產(chǎn)生的副產(chǎn)物對后一個反應(yīng)器降解效果有很大的