苯系物氣相光催化降解動(dòng)力學(xué)及機(jī)理研究.pdf

1、VOCs（Volatile organic compounds）是光化學(xué)煙霧的前體物質(zhì)，又是室內(nèi)環(huán)境的主要污染物。苯、甲苯和二甲苯屬于環(huán)境空氣中濃度較高的VOCs，因此，苯、甲苯和二甲苯光降解及光催化降解的研究對(duì)大氣污染防治具有十分重要的指導(dǎo)意義。 本文以苯、甲苯和二甲苯作為研究對(duì)象，以銳鈦礦型TiO2為反應(yīng)催化劑，研究了光氧化及光催化降解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，以及臭氧、氧氣、水蒸氣及氮氧化物等對(duì)苯、甲苯和二甲苯光氧化及光催化降解的影

2、響。用GC/MS定性分析苯、甲苯和二甲苯光氧化及光催化降解的中間產(chǎn)物，根據(jù)中間產(chǎn)物的種類推測了其光氧化及光催化降解的反應(yīng)機(jī)理。 本論文的主要研究結(jié)果如下： （1）在苯、甲苯、二甲苯光氧化或光催化降解時(shí)，由于光照可使反應(yīng)器升溫，而溫度的變化又會(huì)影響反應(yīng)物在反應(yīng)器壁或催化劑表面的吸附平衡，故需控制反應(yīng)器內(nèi)溫度。吸附平衡實(shí)驗(yàn)確定苯、甲苯、鄰/間/對(duì)二甲苯達(dá)到吸附平衡的時(shí)間分別為30、30、40、40、40min。 （

3、2）苯、甲苯、二甲苯的光氧化降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。其初始濃度越高，降解反應(yīng)的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)越小，光氧化降解的初始反應(yīng)速率越大。這是因?yàn)楸?、甲苯、二甲苯的初始濃度越高，降解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物越多，這些中間產(chǎn)物與初始反應(yīng)物之間的氧化競爭越強(qiáng)，使一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)越小。 （3）苯、甲苯、二甲苯的光催化降解均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，且初始濃度越高，光催化降解的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)越小。這是因?yàn)楸?、甲苯、二甲苯的初始濃度越高，?/p>

4、解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物越多，這些中間產(chǎn)物與初始反應(yīng)物在催化劑表面的之間的氧化競爭越強(qiáng)，使一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)越小。此外，對(duì)于苯和二甲苯，其初始濃度越高，光催化降解反應(yīng)的初始反應(yīng)速率越大；對(duì)于甲苯，其初始濃度越高，光催化降解的初始反應(yīng)速率越小。 （4）反應(yīng)器中臭氧、氧氣、水蒸氣、氮氧化物的含量以及催化劑TiO2的參與均對(duì)氣相苯、甲苯、二甲苯的光降解反應(yīng)產(chǎn)生影響。結(jié)果表明臭氧的強(qiáng)氧化作用、TiO2的催化作用、水蒸氣及氮氧化物的參與均可

5、不同程度地提高苯、甲苯、二甲苯光降解的效率。 （5）用GC/MS分析苯、甲苯、鄰/間/對(duì)二甲苯光氧化降解的中間產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，苯光氧化降解的主要中間產(chǎn)物是丙烯醛和呋喃，甲苯光氧化降解的主要中間產(chǎn)物是1，3-戊二烯、1，4-戊二烯、苯和苯甲醛，鄰二甲苯光氧化降解主要產(chǎn)物是丁二酮、乙酸、苯、甲苯和間二甲苯，間二甲苯光氧化降解主要產(chǎn)物是丙酮、苯、甲苯、3-甲基苯甲醛和鄰二甲苯，對(duì)二甲苯光氧化降解主要產(chǎn)物是乙酸、苯、甲苯和鄰二甲苯。

6、 （6）用GC/MS分析苯、甲苯、鄰/間/對(duì)二甲苯光催化降解氣相中產(chǎn)物以及吸附在催化劑表面的產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，在苯光催化降解的氣相產(chǎn)物中未發(fā)現(xiàn)有機(jī)產(chǎn)物，在催化劑表面的產(chǎn)物主要是甲基環(huán)已烷、對(duì)二甲苯和環(huán)已基酮；甲苯光催化降解的氣相產(chǎn)物主要為已烷和苯，吸附在催化劑表面的產(chǎn)物主要是苯、庚烷、甲基環(huán)已烷、鄰/間/對(duì)二甲苯；鄰二甲苯光催化降解的氣相中間產(chǎn)物主要是苯和甲苯，吸附在催化劑表面的產(chǎn)物主要是苯、甲苯、間二甲苯、和2-甲基苯甲醛；間二甲苯

7、光催化降解的氣相中間產(chǎn)物及吸附在催化劑表面的產(chǎn)物主要均為苯、甲苯、乙苯和鄰二甲苯；對(duì)二甲苯光催化降解的氣相中間產(chǎn)物主要是乙酸、苯、甲苯和鄰二甲苯，吸附在催化劑表面的產(chǎn)物主要是苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯和4-甲基苯甲醛。 （7）由苯、甲苯、鄰/間/對(duì)二甲苯光氧化及光催化的降解中間產(chǎn)物可見，甲苯光降解的主要產(chǎn)物之一是苯，二甲苯光降解的主要產(chǎn)物包括苯和甲苯。這說明，脫甲基反應(yīng)在整個(gè)光降解過程中起著重要作用。此外，從苯、甲苯、二甲苯光氧化