AgMn-HZSM-5催化劑上臭氧氧化脫除模擬空氣中苯和氨的研究.pdf

1、苯和氨是常見的空氣污染物，其對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了極大的危害。治理苯和氨的空氣污染刻不容緩。在眾多苯和氨污染的治理技術(shù)中，催化氧化法是一種最常用的有效方法。其中，臭氧催化氧化法(Ozone Catalytic Oxidation，OZCO)，因以臭氧作氧化劑，其具有低溫下反應(yīng)速率快和污染物脫除效率高等優(yōu)勢(shì)，近年來受到了人們廣泛的關(guān)注。
　　本論文采用等體積共浸漬法制備了HZSM-5(HZ)分子篩負(fù)載的Ag-MnOx雙組份催化劑

2、(AgMn/HZ)，將其應(yīng)用于臭氧催化氧化脫除模擬空氣中苯和氨的研究，并與HZ、Ag/HZ和Mn/HZ催化劑進(jìn)行了比較。通過BET、XPS、H2-TPR和UV-Vis漫反射光譜技術(shù)對(duì)催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了分析。另外，論文還開展了AgMn/HZ催化劑上循環(huán)的“吸附-空氣放電”等離子體催化脫除苯的探索性研究。主要取得以下結(jié)果:
　　1、在OZCO脫除苯的反應(yīng)中，與HZ、Ag/HZ和Mn/HZ催化劑相比，AgMn/HZ催化劑不但具有

3、最高的苯和O3轉(zhuǎn)化率，而且具有最高的CO2選擇性和最低的CO選擇性。Mn3+是分解O3的主要活性位，并且AgMn/HZ催化劑上的O3分解活性與其Mn3+含量呈正相關(guān)性，這可歸因于Mn3+易將電子轉(zhuǎn)移給O3使其分解。當(dāng)Mn擔(dān)載量較低時(shí)(＜2.4wt.％)，AgMn/HZ催化劑的初活性隨Mn擔(dān)載量的增加而升高;當(dāng)Mn擔(dān)載量較高時(shí)（＞2.4 wt.％），其初活性隨Mn擔(dān)載量的增加基本不變。另一方面，AgMn/HZ催化劑的失活速率隨Mn擔(dān)載量的

4、增加呈先減慢后加快的趨勢(shì)，并且當(dāng)Mn擔(dān)載量為2.4wt.％時(shí)，AgMn/HZ催化劑失活最慢。根據(jù)反應(yīng)后催化劑的程序升溫氧化(TemperatureProgrammed Oxidation，TPO)表征可知，碳物種殘留量最少是其失活最慢的主要原因。與干氣相比，水汽的加入不但能夠顯著地提高AgMn/HZ催化劑的初活性，而且能夠有效地減緩催化劑失活。當(dāng)絕對(duì)濕度為0.1-0.2 vol.％時(shí)，初活性最高且失活最慢。此外，適當(dāng)增加反應(yīng)溫度不但能夠

5、提高AgMn/HZ催化劑的活性和穩(wěn)定性，而且能夠提高目標(biāo)產(chǎn)物CO2的選擇性。當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃，O3與C6H6的初始濃度比為9.5時(shí)，在空速約為283000 mL·h-1·g-1條件下，AgMn/HZ催化劑上的苯轉(zhuǎn)化率維持在100％左右，并且O3轉(zhuǎn)化率在90％以上，CO2選擇性約為80％。
　　2、為了探討AgMn/HZ催化劑上臭氧氧化苯的反應(yīng)機(jī)理，開展了預(yù)吸附苯的OZCO反應(yīng)研究。首先，通過程序升溫脫附（Temperature

6、Programmed Desorption，TPD）和原位紅外光譜手段研究了苯的吸附位，結(jié)果表明，在AgMn/HZ催化劑上，苯優(yōu)先吸附于Ag吸附位，當(dāng)其接近飽和時(shí)，苯再吸附于HZ載體吸附位。其次，通過比較預(yù)吸附苯的OZCO反應(yīng)中HZ、Mn/HZ、Ag/HZ和AgMn/HZ催化劑上的氣相產(chǎn)物及反應(yīng)后的TPO和TPD結(jié)果，揭示了AgMn/HZ催化劑上Ag和MnOx的作用:Ag促進(jìn)了預(yù)吸附苯完全氧化為CO2; MnOx提高了O3分解速率和Ag

7、吸附位上苯的臭氧氧化速率。另外，與干氣相比，水汽的加入促進(jìn)了預(yù)吸附苯氧化為COx（CO2和CO），減少了殘留的苯和氧化反應(yīng)副產(chǎn)物在催化劑表面的累積。
　　3、在OZCO脫除氨的反應(yīng)中，與HZ、Ag/HZ和Mn/HZ催化劑相比，AgMn/HZ催化劑不但具有最高的氨和O3轉(zhuǎn)化率，而且穩(wěn)定性好，氧化產(chǎn)物主要為N2。當(dāng)O3與NH3的初始濃度比為1.73時(shí)，在室溫和空速高達(dá)約150000 mL·h-1·g-1條件下，AgMn/HZ催化劑上的

8、氨轉(zhuǎn)化率和N2選擇性分別高達(dá)約99％和94％。接著，考察了反應(yīng)溫度對(duì)AgMn/HZ催化劑上臭氧氧化氨的影響。最后，通過比較預(yù)吸附氨的OZCO反應(yīng)與臭氧氧化氨反應(yīng)的氣相產(chǎn)物并結(jié)合反應(yīng)后催化劑的TPD與紅外光譜表征，提出了AgMn/HZ催化劑上臭氧氧化氨的反應(yīng)途徑。
　　4、在AgMn/HZ催化劑上循環(huán)的“吸附-空氣放電”等離子體催化脫除苯的研究中，與HZ、Mn/HZ和Ag/HZ催化劑相比，AgMn/HZ催化劑具有最高的苯穿透容量，約