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低温等离子体是目前控制和处理VOCs有效的技术之一,有着广泛的应用前景,但仍存在对VOCs降解不完全和存在二次污染的问题,在探索解决这一问题的过程中,低温等离子体与光催化剂技术的耦合已成为一个有潜力的研究方向。本文主要研究在高相对湿度下低温等离子体-光催化耦合系统对甲苯的降解,并研制新型催化剂。本研究工作主要涉及催化剂制备、催化剂掺杂、表面表征以及耦合系统催化降解甲苯的研究,属于化学工程应用研究的领域,具有实际意义。主要研究内容如下:
⑴制备了Fe2O3/TiO2/γ-Al2O3和Fe2O3/TiO2/堇青石催化剂,利用XRD、SEM和BET对催化剂进行表征。研究结果表明,制备的催化剂主要是锐钛矿型,经过掺杂Fe2O3的TiO2催化剂其比表面积、总孔容与平均孔径下降,制备过程采用超声波搅拌有利于提高催化剂颗粒的分散度,而煅烧温度的上升会使得催化剂中部分锐钛矿相的TiO2转换为金红石相的TiO2。
⑵研究了催化剂以及实验条件对耦合系统降解甲苯的影响。结果表明,单独的低温等离子体反应器对甲苯的降解率为49%,加入掺杂金属氧化物的光催化剂有利于耦合系统对甲苯的降解率上升,而其中放置12wt%Fe2O3/TiO2/γ-Al2O3的耦合系统能够在室温下降解95%以上的甲苯。
⑶研究了相对湿度对耦合系统降解甲苯的影响。结果表明,相对湿度能够抑制耦合系统对甲苯的降解,其中放置1wt%Fe2O3/TiO2/γ-Al2O3的耦合系统在RH=60%下对甲苯的降解率下降了15%左右,达到59%。而放置了1wt%Fe2O3/TiO2/堇青石的耦合系统在RH=60%下对甲苯的降解率为75.3%,仅比在干燥环境下放置1wt%Fe2O3/TiO2/γ-Al2O3的耦合系统对甲苯的降解率下降了2%左右。
⑷研究了催化剂制备条件对耦合系统降解甲苯的影响。结果表明,煅烧温度对光催化剂的催化活性有明显影响。550℃下制得的氧化铝为载体的催化剂,在RH=60%下,其催化活性较高,450℃下制得的堇青石为载体的催化剂在RH=60%条件下,其催化氧化降解甲苯的转化率可达75.3%。