甲醛的“存儲—氧化”脫除與室溫催化氧化.pdf

1、甲醛是一種常見的現(xiàn)代室內(nèi)空氣污染物，對環(huán)境和人類的健康造成了極大的危害。如何有效消除甲醛污染已經(jīng)成為人們廣泛關(guān)注的研究課題。目前應(yīng)用比較廣泛的脫除甲醛的技術(shù)有吸附法和催化氧化法。吸附法雖然簡單易行，但是存在易受其他組分競爭吸附、吸附時間短且吸附劑再生困難等問題。催化氧化法雖然能夠?qū)⒓兹┩耆趸癁闊o污染的二氧化碳和水，但是針對目前的研究來看，只有負(fù)載貴金屬Pt的催化劑能在室溫將甲醛完全氧化，而非貴金屬則需要較高的溫度。
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2、了一種新的“存儲-氧化”循環(huán)凈化方法脫除室內(nèi)空氣污染物甲醛。利用催化劑的氧化功能，在一個具有“雙功能”的負(fù)載銀催化劑上完成整個“存儲-氧化”循環(huán)，解決了空氣中共存組分水與甲醛的競爭吸附問題，解決了催化劑原位再生問題。另外，通過制備不同種類載體負(fù)載的金催化劑，研究了甲醛在室溫下的催化氧化。主要研究內(nèi)容包括：⑴建立了甲醛“存儲-氧化”循環(huán)消除的新方法:利用非貴金屬氧化物催化劑對甲醛的部分氧化性能，在室溫下首先將甲醛部分氧化并存儲在催化劑上;

3、存儲飽和后再將催化劑適當(dāng)升溫，催化活性提高，存儲物種被完全氧化為CO2和H2O，催化劑得以再生。在此過程中，甲醛經(jīng)歷從氣相到表面，反應(yīng)后產(chǎn)物從催化劑表面脫附再進(jìn)入氣相的凈化過程。我們研制了一種具有“存儲-氧化”雙功能的Ag-MnOx-CeO2催化劑。在存儲階段，這種雙功能催化劑在室溫下就能富集低濃度的甲醛并將其部分氧化為甲酸鹽存儲在催化劑上，H2O的存在不僅沒有與甲醛發(fā)生競爭吸附，而是促進(jìn)了甲醛的部分氧化。在氧化階段，催化劑適當(dāng)升溫(2

4、90℃)，催化活性提高，存儲的甲酸鹽被完全氧化為CO2和H2O，催化劑得以再生。在甲醛濃度為17 ppm、體積空速為30，000 h-1、相對濕度為50％的模擬空氣反應(yīng)條件下，Ag-MnOx-CeO2催化劑上甲醛的單次吸附穿透時間超過20小時(1275m in)，催化劑歷經(jīng)五個“存儲-氧化”循環(huán)依然保持高存儲量和再生活性，且無二次污染產(chǎn)生。⑵采用沉積沉淀法分別以尿素和氫氧化鈉為沉淀劑制備了CeO2負(fù)載的金催化劑。表征結(jié)果表明催化劑的活性

5、受Au與載體之間的相互作用影響，以尿素為沉淀劑制備的Au/CeO2催化劑上金與載體之間的相互作用強(qiáng)，產(chǎn)生了更多的活潑表面活性氧物種，故其具有室溫完全氧化甲醛的活性。原位漫反射紅外光譜研究表明甲醛在Au/CeO2催化劑上的完全氧化需要經(jīng)歷兩個步驟:甲醛首先被氧化為甲酸鹽，然后甲酸鹽被進(jìn)一步完全氧化為二氧化碳和水;表面中間物種的完全氧化是Au/CeO2催化劑催化氧化甲醛的速率控制步驟。同時，利用原位漫反射紅外光譜技術(shù)還系統(tǒng)研究了水的存在對反

6、應(yīng)中間物種的生成和消耗的影響。⑶采用共沉淀法制備了FeOx負(fù)載的Au催化劑，研究了焙燒溫度和反應(yīng)氣氛中水對室溫催化氧化甲醛活性的影響。研究表明，200℃焙燒的催化劑結(jié)晶度較差且表面含有大量羥基，Au和FeOx的相互作用較強(qiáng)，Au保持高度分散（平均粒徑為3-4nm），并促進(jìn)了載體FeOx的低溫還原，故其在室溫下有最佳甲醛氧化活性。原位漫反射紅外光譜研究表明，反應(yīng)氣氛中水的存在顯著提高了甲酸鹽完全氧化這一速率控制步驟的反應(yīng)速率，因此Au/F