发布时间：2015-03-24 来源：人大经济论坛

等离子体协同MnOx、SBA-15 催化氧化正己醛影响因素研究_硕士论文 前 言 随着餐饮业的发展，油烟污染扰民纠纷也迅速增加。餐饮油烟不仅含有许多有害物质，同时也具有很强的刺激性气味，刺激性主要来源于醛和酸等含氧挥发性有机化合物（VOC）。研究[1-3]表明餐饮油烟挥发性组分主要为多碳直链大分子有机化合物，其中以正己醛最为普遍[4-5]。目前主要应用的油烟净化技术包括机械分离、湿式水洗、吸附和静电分离等[6]，这些方法大多会产生二次污染，或是仅对较大颗粒物处理效果好而对较细颗粒和VOC 去除效率低，基本上都是除油不除味。等离子体技术既能够凝聚油烟颗粒物，又能够氧化油烟中的致味物质VOC 分子，具有高效快捷和工艺简单等优点，是一项能够同时除油除味的技术。但是单独的等离子体技术存在能耗高和副产物多等问题，而低温等离子体协同催化的净化技术，可提高能量利用效率，减少副产物生成。目前该领域主要研究的催化剂有Mn、Co、Fe、和Ti 等过渡金属氧化物和贵金属等，其中MnOx 具有很好的O3 分解能力，可利用分解产生的活性氧物种分解VOC 分子，得到了更广泛的研究[7]。 介孔分子筛SBA-15 具有高度有序的结构、较大的比表面积和良好的热稳定性，较大的孔径（2~50nm）允许大分子物质如长链式高分子有机物或环状有机分子进入到孔道内进行氧化分解。基于以上特点，SBA-15 作为催化剂载体，有望进一步提高反应效率。目前针对催化降解VOC 的研究主要集中在催化燃烧，协同等离子体去除VOC 的研究[8]很少。 本实验以MnOx 为催化剂活性组分，SBA-15 为载体，研究了各影响因素对等离子体协同MnOx/SBA-15 对正己醛催化降解性能的影响。 实验部分催化剂的制备介孔分子筛为商用SBA-15。采用浸渍法制备MnOx/SBA-15：将SBA-15 浸入到一定量的Mn(COOH)2·6H2O 醇溶液中，持续搅拌24 h 后90 ℃干燥12 h，然后升温至120 ℃保持，再以2 ℃/min 的程序升温至500 ℃焙烧4 h。冷却后将催化剂压片，40~60 目过筛备用。 催化剂性能评价实验用的反应器为线板式介质阻挡放电反应器, 放电间距为4 mm，反应器有效容积为，反应流程见图1。实验采用N2 对正己醛和水蒸气鼓泡，正己醛鼓泡瓶置于冰浴中以确保鼓气量稳定。鼓泡后气体和另一路N2 与O2 在缓冲瓶混合，保持总气量中N2︰O2=4︰1，气体流量均用质量流量控制器精确控制。调节鼓泡气体的流量可控制正己醛的质量浓度和湿度。 正己醛和CO、CO2的浓度用气相色谱（GC-900，上海科创）FID在线检测，相对湿度用温湿度计检测，反应过程中产生的O3浓度用臭氧分析仪（DCS-1，上海理达仪器厂）测量。 实验时催化剂填充于放电区末端，为消除吸附对降解效果的影响，每次实验前均先使催化剂达到吸附饱和，再进行等离子体放电降解。未作说明时，催化剂装填量为100 mg，正己醛初始质量浓度控制在410 mg/m3，气体流量为100 mL/min，反应在常温常压下进行。1.3 催化剂的表征测试在Micromeritics ASAP-2020 物理吸附仪上进行。测定前将样品在真空下350 ℃脱气约8 h，然后在液氮温度（-196 ℃）下进行吸附，N2分子横截面取 0.162 m2，比表面积采用BET方程，由N2吸附等温线求得比表面积、孔容和孔径分布等。XRD测试在型X射线衍射仪上进行。Cu Kα靶线，λ=1.540 5?，管电压40 kV，管电流40 mA，扫描范围 2θ= 10~90°，步长0.021°，步时17.7 s。 结果与讨论催化剂的表征表1 中列出了SBA-15 和MnOx/SBA-15 的比表面积、孔容与孔径数据。可以看出，催化剂的比表面积和孔容随负载量的增加而下降，说明部分活性组分颗粒进入了SBA-15 的孔道内部。但是孔径随负载量的增加变化不大，说明活性组分颗粒并没有堵塞介孔孔道。 是不同MnOx 负载量的催化剂的XRD 图谱。负载量小于10%时未出现MnOx 的特征峰，说明此时MnOx 均匀分散在SBA-15 上；当负载量为10%时，对照JCPDS 图库，出现了MnO2、Mn2O3 和Mn3O4 的特征峰，这说明MnOx 以混合氧化物的形式存在；随着负载量的增大，MnOx 的特征峰也随之增强，说明负载量的增加导致催化剂表面锰氧化物团聚现象的加剧；所有催化剂都在22.5°出现了介孔材料高温焙烧后形成的无定型SiO2 相衍射峰，表明负载活性组分后的SBA-15 特征骨架依然存在2.2 催化剂的性能评价负载量的影响制备了负载量为0%、5%、10%、15%和20%的催化剂，吸附饱和后稳定约1 h 在条件下放电降解，考察了不同负载量下正己醛的质量浓度随时间的变化。结果见图3，单独SBA-15 的正己醛去除效率为79%，负载MnOx 后有所提高，去除率先随负载量增加而增加，到10%时效率最高，达到99%。负载量大于10%时，去除率随负载量增加而减小。由结果，即负载量大于10%比表面及孔容大幅度下降可知，负载量过高活性组分在载体表面和孔道中发生团聚，降低了催化剂比表面积和孔容，减少了可参与反应的活性中心数量，从而影响催化效果，对照XRD 结果也证实了这一原因。放电初始阶段正己醛出口质量浓度高于进口质量浓度，主要由放电前吸附在催化剂上的正己醛的脱附引起[9]。