金属氧化物催化臭氧分解规律的研究

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本文主要研究了金属氧化物催化剂催化分解臭氧的规律,研究的主要结果如下: 一、实验结果表明:不同金属氧化物的催化分解活性差异很大,已做的金属氧化物的催化分解活性次序大体为:Co>Mn>Ni>Cr>Fe>Zn>Mg>Cu>Ag>Sn>Pb>Al>Si≈Ce 在本实验条件下:钴氧化物具有极高的催化活性。当臭氧的初始浓度为1000mg/m3,空速为14000h-1,浸渍液含Co浓度为0.0005g/L时,其催化分解率可以达到98%。其次是锰、镍氧化物的催化分解活性也相当高。 二、双组分催化剂的催化分解活性主要由较高活性的金属氧化物所决定,并与两组分的相对比例有关。 双组分催化剂中,含Co氧化物的催化剂对O3的催化分解效果非常好。 实验还发现双组分催化剂与单组分相同,随浸渍液浓度增大,其对臭氧的催化分解能力也就越强。 双组分金属氧化物催化剂的连续使用寿命明显比同浓度的单组分催化剂的长。 三、金属氧化物催化剂随O3通入的流速的增大,其催化分解率有所下降。 四、金属氧化物催化剂的催化活性随储存时间延长而降低;不同氧化物降低快慢不同;负载量大的降低得慢,寿命较长;双组分催化剂比单组分降低得慢,寿命相对较长。 五、研究了制备条件对臭氧分解催化剂的催化活性的影响。1、焙烧温度对催化剂活性的影响是:随着焙烧温度的升高,催化活性有增大的趋势。如负载Cu的氧化物的催化活性随灼烧温度200℃、300℃、400℃等的升高,催化分解率逐渐增大,500℃时的催化分解率达到最高。之后随着温度继续升高,催化分解率并没有随之增大,说明以氧化铝为载体,负载各种金属氧化物的催化剂的合理焙烧温度在400~600℃之间。 2、焙烧时间对催化活性也有一定影响,随着焙烧时间的延长,其催化分解率有增大的趋势。以含Cu0.01g/L的硝酸铜为前体制成的催化剂在臭氧初始浓度为1500mg/m3的条件下,空速为14000h-1时,焙烧1小时催化分解率为73%,而在焙烧4小时的条件下其催化分解率已经达到了97%。而继续延长焙烧时间对催化活性已影响不大了。 六、通过对臭氧吸附与金属氧化物粉体比电阻的研究,发现:1、锰,铁氧化物催化剂粉体是随着臭氧通入时间的延长,电导率逐渐增大。因此可知,在本实验条件下,锰和铁氧化物是一类P型半导体。 2、钴,锡,铅氧化物催化剂随着臭氧通入时间的延长,粉体电导率逐渐减小。因此可知,在本实验条件下,钴,锡,铅氧化物是一类N型半导体。 3、镍氧化物催化剂粉体随臭氧通入时间的延长电导率先略有增加然后又减小,针对这一情况,我们认为可能是未通臭氧时镍主要是二价氧化物,体现P型半导体的电性能;通入臭氧一段时间后表面的镍转化为三价氧化物,体现一定的N型半导体的电性能。从而出现了电导率先升后降的情况。 七、通过以上研究,我们初步认为:氧化物的酸碱性对氧化物催化臭氧分解的活性起着重要的作用。可以采用酸性位、碱性位催化分解机理来认识氧化物催化臭氧分解的过程。 金属氧化物表面较强碱性时具有较多的活性OH基团群,有利于快速分解臭氧。而酸性金属氧化物表面就不具有这样的优势,所以其催化臭氧分解的作用就较小。
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