臭氧的自分解及催化分解研究.pdf

1、本文主要研究了臭氧在氣態(tài)和水溶液中的自分解規(guī)律以及金屬氧化物對(duì)氣態(tài)臭氧的催化分解作用。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：臭氧在氣態(tài)條件下，分解速度隨溫度升高而迅速加快，以空氣為氣源產(chǎn)生的臭氧，20℃時(shí)，分解的半衰期為86min，30℃、40℃、50℃、60℃、70℃分解的半衰期分別為62min、48min、31min、24min、17min，其80℃時(shí)分解的半衰期為12min;而以氧氣為氣源產(chǎn)生的臭氧在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70

2、℃和80℃時(shí)分解的半衰期分別為187min、151min、101min、77min、61min、44min和34min。 因此，以氧氣為氣源產(chǎn)生的臭氧在同樣的溫度條件下，較以空氣為氣源產(chǎn)生的臭氧分解的半衰期長(zhǎng)。以氧氣為氣源產(chǎn)生的臭氧的在20℃～80℃這個(gè)溫度范圍內(nèi)的分解反應(yīng)基本屬于一級(jí)反應(yīng)，我們得到了氣態(tài)條件下臭氧分解的阿侖尼烏斯方程(以氧氣為氣源)：k=1.6×10e-2.61×104/RT臭氧在水溶液中，其分解速度隨溫度升高

3、而加快，以pH=3為例，20℃時(shí)，分解的半衰期為301min，30℃時(shí)分解的半衰期為158min，50℃分解的半衰期為31min，60℃時(shí)，分解的半衰期為10min;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在pH值小于2時(shí)，其分解速度隨pH值升高而減慢，以50℃為例，分解的半衰期從10min(pH=0.5)增至18min(pH=2)，pH=0.5、1、2時(shí)的半衰期分別為10、13、18min;pH值在3～6之間時(shí)，其分解速度隨pH值升高而加快，以50℃為例，分解的

4、半衰期從31min(pH=3)減至7min(pH=6)，pH=3、4、5、6的分解半衰期為31、26、15、7min;pH值大于6時(shí)，其分解速度極快。 因此，pH值為2-4是臭氧水溶液相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間。 金屬氧化物對(duì)氣態(tài)臭氧的催化分解作用的研究包括單組分和雙組分金屬氧化物對(duì)臭氧催化分解活性的研究。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在已研究的金屬氧化物范圍內(nèi)，單組分催化劑的催化分解活性次序大體為：Co＞Mn＞Ni≈Cr＞Fe＞Zn＞M

5、g＞Cu。 在本實(shí)驗(yàn)條件下：鉆氧化物具有極高的催化活性。當(dāng)臭氧的初始濃度為1000mg/m3時(shí)，空速為15000h-1時(shí)，Co(NO3)2.6H2O的濃度為0.0005g/L時(shí)，其催化分解率已經(jīng)達(dá)到98.6％。 同時(shí)實(shí)驗(yàn)還表明，錳氧化物的催化活性也很高，負(fù)載0.0005g/LMn(NO3)2.6H2O的催化劑在臭氧初始濃度為2350mg/m3時(shí)，空速為15000h-1時(shí)，其催化分解率為71.3％。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明

6、：催化劑的催化分解活性與制備催化劑時(shí)的焙燒溫度和焙燒時(shí)間有關(guān)，采用硝酸鹽時(shí)比較合理的焙燒條件為：400℃，4小時(shí)。 總體說(shuō)來(lái)，負(fù)載金屬氧化物的量越多，催化劑的分解能力就越高，這個(gè)規(guī)律無(wú)論對(duì)單組分還是雙組分催化劑都適用。 實(shí)驗(yàn)還表明，雙組分催化劑的催化分解活性主要由較高活性的金屬氧化物所決定，并與兩組分的相對(duì)比例有關(guān)。 此外，本文還對(duì)臭氧在氣態(tài)和水溶液中的自分解規(guī)律以及金屬氧化物對(duì)氣態(tài)臭氧的催化分解機(jī)理分別進(jìn)行了初