铂基整体式催化剂在甲醛催化净化装置中的应用

【摘要】甲醛是室内主要污染物之一,其严重危害我们的身体健康,威胁着我们的生命安全。催化燃烧技术是目前净化甲醛最彻底有效的方法之一,其以高效、无二次污染和低能耗等特点得到广泛的关注和深入的研究。开发高活性、高化学稳定性和强机械性能的催化剂,是目前净化室内空气的关键,将催化剂嵌入组合新型的空气净化器是研究的重点。本文主要研究以堇青石蜂窝陶瓷(CordieriteHoneycombCeramics)为基体,采用化学镀技术,在经敏化活化后的陶瓷上直接负载贵金属Pt制备整体式燃烧催化剂,并以甲醛为反应活性测试气体,考察该催化剂的催化燃烧性能；在此基础上,以该催化剂为主体,设计室内空气净化器。首先,结合课题组前期实验研究,制备体积为70m1的圆柱体Pt/CHC催化剂,将该催化剂与风机组合成甲醛室温净化装置并在模拟封闭实验空间(V=0.3m3)内进行甲醛室温净化初步研究。结果显示,该装置的处理效果受封闭空间内甲醛初始浓度、环境湿度及催化剂焙烧温度等因素的影响显著,而且该装置工作一天,可使封闭空间内甲醛的含量降低约50%,该整体式催化剂应用于室内甲醛净化的可行性得到验证。其次,在封闭空间内得到初步结果后,在小型反应装置上重点研究了Pt/CHC催化剂(圆柱体V=0.49m1)的制备工艺、表面形貌、活性组分附着力和净化活性。结果显示,陶瓷外层缠绕绝缘胶有利于提高活性组分Pt在基体的总体分散性,基体体积越大、长度越长Pt的分散越不均匀；活性组分Pt能很好的与基体结合；活性测试中,表现较好的Pt负载量和焙烧温度分别为0.24%和400℃,其在空速为10000h-1、相对湿度(RH)为25%,在反应温度80℃时即可达到90%以上的甲醛净化率；甲醛初始浓度<50mg/m3时,甲醛的净化效果随甲醛初始浓度增高而升高；GHSV小于30000h-1时,甲醛净化效果随空速的升高而降低；在反应温度80℃持续4天的稳定性测试中,甲醛净化率始终保持在70%以上,表现出良好的催化稳定性。从Pt/CHC催化剂的XRD、EDS和SEM图可知,当活性组分Pt的含量过高或焙烧温度过高时,Pt颗粒在载体表面易发生局部团聚和层叠现象,反而降低了催化剂活性中心数目,导致净化活性降低；由反应前后催化剂的XPS分析推测,甲醛催化燃烧反应受Pt0-PtO物相协同控制,而且吸附氧在氧化反应中起主导作用。最后,根据模拟封闭空间测试结果及Pt/CHC整体催化剂在小型装置上的活性优化结论,设计组合室内甲醛净化器。净化器采用三段体积为25m1优化后的0.24wt%Pt/CHC催化剂作为甲醛净化核心,应用于模拟封闭空间的甲醛净化。结果表明,在GHSV为150000h-1,甲醛初始浓度为13mg/m3条件下,室温持续循环净化4天,甲醛净化率维持在70%以上,表现出良好的室温甲醛净化性能。
【作者】黄燕亭；
【导师】李永峰；
【作者基本信息】广东工业大学，化学工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】Pt；整体式催化剂；甲醛；空气净化；

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