改性鈦基催化劑催化氧化氣相氧化氣相氯苯以及二噁英的基礎(chǔ)研究.pdf

1、人類生產(chǎn)和生活過程中排放出的各種氯代芳烴類有機污染物，由于其較強的毒性以及對環(huán)境生態(tài)的嚴重污染和破壞而受到人們的廣泛關(guān)注，及時地將這些有機污染物進行處理已迫在眉睫。催化降解技術(shù)，因其可以將氯代芳烴類有機物進行徹底礦化，而不只是像傳統(tǒng)吸附法那樣僅實現(xiàn)污染物的相態(tài)轉(zhuǎn)變，成為了一種具有廣闊發(fā)展?jié)摿Φ奈廴疚锬┒丝刂品椒?。本文以氯苯類和二噁英類物質(zhì)作為目標有機污染物，采用多種方法手段來提高催化劑在低溫條件下對這兩類物質(zhì)的催化活性，并對催化反應(yīng)過程

2、中蘊含的科學規(guī)律和原理進行深入的探討，得出了一些比較有價值的實驗結(jié)論，主要包括：
　　(1)對以Ti02為載體，VOx、MnOx和CuOx為主要活性組分的催化劑開展氯苯類有機物的降解實驗研究時發(fā)現(xiàn)，MnOx負載量為12wt％的MnOx/TiCh以及CuOx負載量為4wt%的Cu0x/Ti02催化劑都對二氯苯有較高的催化降解活性，在較低溫度條件下兩者活性均高于V0x-W03/Ti02。活性組分的搭載含量并不是催化劑活性的唯一決定因素

3、，催化劑的比表面積、孔徑分布、活性組分平均化合態(tài)以及表面吸附氧濃度等均對其降解氯苯活性有重要影響。
　　(2)在 V0x/Ti02催化劑中添加低溫催化活性較好的MnOx以及CuOx對其進行組分多元化改性，會顯著提高V0x/Ti02催化劑的低溫催化活性；CuOx和MnOx的混合物加入后，催化劑中會形成Mn-0-Cu結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以明顯提高了催化劑低溫活性，在200℃條件下，VMnCu/T催化劑的二氯苯的脫除率就可以達到85%。在此基

4、礎(chǔ)上，繼續(xù)在催化劑中加入碳納米管（CNTs)，催化劑的比表面積得以大幅增加，在200℃條件下催化劑對二氯苯的脫除效率就可達到90%以上。
　　(3)對催化降解二氯苯有機終產(chǎn)物和中間產(chǎn)物進行的定量檢測結(jié)果表明，在催化反應(yīng)過程中生成的較二氯苯更難降解的高氯代氯苯和高氯代苯酚，可能是二氯苯在低溫條件下難以被降解的重要因素。二氯苯在參與催化反應(yīng)過程中，會生成極微量的低氯代PCDD/Fs,在含CNTs的催化劑表面，這種生成現(xiàn)象更加明顯。在含

5、銅催化劑表面，特別是在既含銅又含CNTs的催化劑表面，催化反應(yīng)會生成C2HC13和C2C14，這兩種產(chǎn)物可能會固定或者移除催化劑表面的游離氯和無機氯，從而降低二噁英的生成風險和催化劑的氯中毒風險。
　　(4)催化劑耦合臭氧/紫外降解氣相二氯苯的實驗研究發(fā)現(xiàn)，臭氧在不同溫度條件下，在不同催化劑表面的分解效率有所不同，催化劑表面的過渡金屬氧化物以及酸性離子均會不同程度地提高臭氧的表面分解效率，而臭氧在催化劑表面的分解效率與其和催化劑耦

6、合降解二氯苯的降解效率呈正相關(guān)。在臭氧分解效率最高的酸性VWNT催化劑表面，160℃條件下臭氧耦合降解二氯苯的效率即可高達98%,且低濃度臭氧的加入就可顯著提高二氯苯的脫除效率，并提高催化劑對CO的選擇性。進一步在實驗系統(tǒng)中加入紫外輻射后，紫外、臭氧和催化劑耦合系統(tǒng)可在160℃條件下，在1.8s的停留時間內(nèi)，將99%以上的氣相二氯苯脫除降解。
　　(5)在使用CuOx、MnOx和CNTs修飾的V0x/Ti02催化劑直接催化降解二噁

7、英的研究中發(fā)現(xiàn)，在不含臭氧的模擬空氣氣氛中，催化劑并不能對PCDD/Fs進行有效地脫除降解。催化反應(yīng)氣氛中含有的高濃度PAHs雜質(zhì)、碳納米管加入催化劑后其本身的團聚及其碳納米管自身較強的還原性，均不利于二噁英的正常催化脫除，且會增加二噁英的生成風險。在反應(yīng)氣氛中加入臭氧則可有效地改善這種情況，由于臭氧在不同過渡金屬氧化物表面的分解速率的不同，VMn/T-C催化劑和VCu/T-C催化劑分別在低溫條件和高溫度條件下表現(xiàn)出較高的催化耦合活性。

8、VMnCu/T-C催化劑則由于其在實驗工況條件下可以延長臭氧表面分解反應(yīng)所產(chǎn)生的氧活性物種的存活時間，在220℃溫度條件下，在含有大量氣相PAHs分子的氣氛中，就可將89%和84%的二噁英毒性當量分別脫除和降解，并且，該催化劑對所有的不同氯代二噁英同系物都表現(xiàn)出近乎無差別的高降解效率。
　　(6)在實際煙氣中，在V0x/Ti02催化劑中添加CNTs以及CuOx會造成焚燒煙氣中二噁英的增加；而添加MnOx以及MnOx和CuOx的混合