一种用于低温下净化甲醛的整体式催化剂的研究

【摘要】近年来随着人们生活水平的提高,人们对日常居住环境的要求也越来越高。在人们居住的室内环境中也存在着许多污染物,其中比较常见的污染物之一就是甲醛,它存在于室内装饰材料及家具中,对人体的危害较大。目前市场上处理甲醛最多的就是利用活性炭进行吸附,但它也存在着吸附饱和等问题。随着催化燃烧技术在环境治理方面的兴起,催化燃烧也最有效方法之一,具有低能耗、消除效果好、无二次污染等特点。本文以Fe/Cr/Al合金丝网为第一种载体,以Pt为活性组分,利用化学镀法制备了一系列Pt/Fe/Cr/Al合金整体式催化剂。以室温下催化燃烧甲醛作为考察催化剂的活性,并用SEM、XRD、EDX、BET、XPS等方法对催化剂进行了表征,将催化剂活性与催化剂的性质进行了关联,并进行了催化机理的探讨。本实验得到的主要结论如下：通过实验确定的最佳化学镀铂工艺条件为：NH3·H20:20-40ml/L；NH4Cl:5-10g/L；HCl:3-4ml/L；N2H4.H20:0.2-0.5m1/L；H4PtCl6·6H20:0.1-1g/L；PH:9-10；反应温度30℃-70℃。SEM和EDS检测可知Pt晶粒均匀地负载在Fe/Cr/Al载体,晶粒大小均一。研究表明,对于不同焙烧温度(200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃)下制备的Pt-e/Cr/Al整体式催化剂,300℃焙烧下的具有相对较高的催化活性,之后随着焙烧温度的升高,催化活性逐渐降低,这主要与活性物种Pt颗粒的烧结长大有关。实验中可以确定Pt/Fe/Cr/Al整体式催化剂的焙烧条件为：300℃下焙烧3h,此时活性物种Pt在载体表面的分布最为均匀分散,呈现圆球状颗粒,此时粒径最小,催化剂对甲醛的降解能力最强。从XRD分析中我们可以看出,催化剂的活性组分并非单质Pt,而是Al-Pt合金。实验中得到的催化剂比表面积比较小,因而可以考虑对载体比表面继续改进。通过XPS分析发现,Pt的存在形式是Pt、PtO和Pt02,说明催化过程中Pt是多价态的变化。实验中我们模拟了车间甲醛的挥发以及稳定的过程,当甲醛的初始浓度保持在10mg/m3左右时,实验中我们发现Pt对甲醛也有很好的催化燃烧效果,即使Pt含量低至0.1%。当Pt含量增加到0.3%时催化活性最高,此时甲醛的降解率达到95.6%,残留甲醛浓度为0.45mg/m3。当Pt含量继续增加时,活性组分出现团聚现象,催化效果反而有所降低,但Pt含量为1.0%时,甲醛的降解率也相对较高,但是催化剂的成本随之加大。对催化剂进行寿命实验,发现催化剂64h内能保持良好的催化性能,也表明催化剂性能稳定。同时我们也用了ABS作为载体进行化学镀Pt的研究,实验中发现Pt/ABS对甲醛也有较好的净化效果。XRD分析发现此时的活性组分是Pt单质。实验中发现Pt负载量为0.2%时,催化剂具有最好的催化效果,此时Pt在ABS表面的分布最均匀。实验中得到催化剂的Pt与ABS表面具有较好的结合力,寿命实验发现催化剂性能比较稳定。
【作者】杨俊涛；
【导师】余倩；
【作者基本信息】广东工业大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】化学镀；甲醛；催化燃烧；整体式催化剂；

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