等离子体耦合金属掺杂OMS-2降解三氯乙烯的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qq343246680
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
低温等离子体耦合催化降解含氯挥发性有机化合物(CVOCs)技术具有高反应活性和高反应选择性的优点,能够显著提高能量效率、抑制二次污染,显示出潜在的工业应用前景。开发高效、抗氯中毒的催化剂是这一技术推广应用的关键。氧化锰八面体分子筛(OMS-2)作为新型催化剂在废气治理领域得到广泛应用,通过掺杂过渡金属活性组分及助催化剂可以对其理化性质进行调控,从而制备出高效、抗氯中毒的催化剂。本论文以典型CVOCs——三氯乙烯(TCE)为目标污染物,研究等离子体耦合掺杂过渡金属的OMS-2催化降解TCE的效果,对催化剂制备条件及实验条件进行优化;通过检测降解产物分析等离子体耦合催化降解TCE的路径及机理,并对产物毒性进行分析;通过稳定性实验前后催化剂的理化性质表征分析催化剂抗氯中毒机制;开展等离子体耦合整体式催化剂脱除CVOCs相关研究。(1)开展填充床介质阻挡放电等离子体耦合V-OMS-2催化降解TCE研究。研究发现:相较于单独等离子体体系,向等离子体体系引入OMS-2催化剂对TCE的降解效率及能量效率均有一定提升。在此基础上,向OMS-2中引入V可以进一步提升降解效果,引入500℃条件下煅烧的V/Mn掺杂比为0.1的V-OMS-2催化剂效果最好,与单独等离子体体系相比,能量密度为260 J/L的条件下,降解效率由73.2%提升至88.8%,能量效率由17.4 g/k Wh提高至22.1 g/k Wh,CO2选择性由38.5%提高至67.8%。这是由于引入OMS-2催化剂可以分解O3及O2产生活性氧,对未完全降解的TCE进一步氧化降解;对OMS-2掺杂适量V可以形成氧化还原循环,加快催化剂表面氧迁移速度;同时掺杂V也可以使Mn的不饱和度增加,产生大量氧空位,从而提升催化剂催化活性。(2)开展掺杂助催化剂W对V-OMS-2催化活性及抗氯中毒性能的影响研究。研究发现:引入适量W后催化剂活性进一步提升,相同条件下,相较于等离子体耦合V-OMS-2,等离子体耦合V/W-OMS-2降解TCE的降解效率提升至93.0%,能量效率提升至23.9 g/k Wh,CO2选择性提升至76.9%。通过稳定性实验结果可以看出引入W后催化剂抗氯中毒性能也有显著提升。这是由于引入W可以减小晶粒尺寸,稳定催化剂结构;也可以有效提升V-OMS-2催化剂表面氧空位及酸性位点含量,其表面的Lewis酸性位点可以提高催化剂对TCE的吸附性能,利于TCE的深度氧化,Br?nsted酸性位点可以提供H+,提高HCl的选择性,避免氯沉积;W-Cl键具有较低的键能,更有利于氧氯循环,减少氯物种在催化剂活性位点上的积累,从而提高催化剂的抗氯中毒性能。根据GC-MS及FTIR结果推测等离子体耦合V/W-OMS-2催化降解TCE的反应路径,首先通过高能电子与大量活性物质将TCE及其中间产物氧化降解为小分子物质,未完全反应的TCE及其含氯中间产物通过C-Cl键亲核攻击吸附在催化剂表面活性位点上,与表面活性氧反应生成CO2、H2O、HCl、Cl2等,气相中的臭氧及氧气在催化剂表面的氧空位分解进而补充表面消耗的活性氧。通过QSAR定量构效关系评估各体系降解产物毒性,发现等离子体耦合V/W-OMS-2体系的降解产物毒性降低,实现了污染物脱毒处理。(3)开展等离子体耦合V/W-OMS-2/堇青石整体式催化剂降解TCE研究。研究发现:SEM图像中整体式催化剂表面涂覆的V/W-OMS-2呈鸟巢状,含有高比例Mn3+以及丰富的表面氧空位。堇青石陶瓷载体上存在V/W-OMS-2单层负载阈值,负载率过大会使催化剂在堇青石陶瓷载体表面发生吸附力较小的多层吸附,使负载的催化剂涂层容易脱落。负载率为3%的V/W-OMS-2/堇青石整体式催化剂涂覆量约为0.5 g粉体催化剂,能量密度为260 J/L时,等离子体耦合3%V/W-OMS-2/堇青石整体式催化剂降解TCE效率为86.9%,脱落率为12.0%,其降解效率相较于相同质量的粉体催化剂效果略有下降,但仍保持较高水平,这可能是由于整体式催化剂的孔道结构气阻小,气体在催化剂部分停留时间短。然而,其CO2选择性提升至82.9%,归因于预处理后堇青石陶瓷载体表面形成的腐蚀小孔对TCE及其产物吸附性强,使污染物更易被催化剂深度氧化。综合降解效率及牢固度评估结果,5%V/W-OMS-2/堇青石整体式催化剂具有最优效果,降解率达到89.7%,脱落率为15.7%。
其他文献
近些年,随着国家综合实力的日益强大,带动了基础设施建设领域的飞速发展,在我国沿海地区,伴随经济高速发展,人们对于交通运输的便利性以及高效性提出了越来越高的需求,其中在海洋工程中跨海桥梁的建设为解决这一需求功不可没。恶劣海洋环境中的强风、巨浪等荷载对跨海桥梁结构的动力效应具有明显的影响作用,然而对于考虑基础与海床土体之间动力相互作用以及冲刷问题的大型跨海桥梁动力效应研究则较少见。本文建立跨海斜拉桥模
学位
随着在极地进行的各项研究的不断深入,高效快速的交通运输方式成为当下的迫切需求,因此极地冰雪机场跑道的建设对于我国科考事业的发展具有重大意义。基于目前现状,本文使用改进后的电控式贯入仪(MSP)和动态圆锥贯入仪(DCP)于2019-2021年冬季在我国黑龙江省哈尔滨市进行共计227组雪试样贯入试验。试验使用的雪试样所涉及的不同形态雪晶成因包含两种情况,一是不同频次降雪中成核环境有所差异而导致的晶粒形
学位
在海浪环境中,波浪对海洋结构物作用的非线性效应是非常明显的,结构周围绕射波浪场引起的非线性波浪爬升,会增加结构的波浪非线性砰击,甚至造成结构物的倾斜和破坏。马蹄波是一种具有三维强非线性的特殊波形,其发生时,马蹄波已达到极限波高,波浪已经破碎或近乎破碎。马蹄波对结构物的破坏作用要强于一般波形,研究其对海洋结构物的作用是具有工程实际意义的。本研究更为关注圆柱结构物存在时马蹄波的特征。通过直立圆柱绕射实
学位
渗透潜堤是一种布置在水中的构筑物,相比于非渗透潜堤,渗透潜堤有良好的渗透性,不仅能使波浪提前破碎,由于多孔介质本身的阻尼作用,可以更加有效地减少入射波的能量,可以减少海浪对岸滩的侵蚀。然而,世界上很大一部分已建的潜堤未能有效保护岸滩,而是造成了意想不到的侵蚀。本文内容主要分为两部分,第一个部分展开了渗透与非渗透潜堤的对照实验,第二个部分利用开源程序Open FOAM对渗透潜堤上额波浪运动进行了研究
学位
马蹄波在自然界中随机出现,最常见的马蹄波包括L2型马蹄波和L1型马蹄波。L2型马蹄波图案具有纵向周期性,横向上相对位置不变,其中L2型马蹄波对应于最常观测到的图案。L1型马蹄波波峰倾斜,但在纵向上是平行的。对于大波陡的Stokes波,第II类不稳定性主导第I类不稳定性,马蹄波是由Stokes波的第II类不稳定性触发的。为了全面对马蹄波开展研究,本文以马蹄波的数值模拟工作为核心开展了马蹄波的研究,利
学位
石化废水在处理过程中逸散出大量的挥发性有机物(VOCs),不仅对职工和周边居民健康产生威胁,而且VOCs是臭氧和二次有机气溶胶的前体物质,会恶化大气质量。大连是我国七大石化基地之一,在石化废水处理过程中产生的VOCs不容小觑。本研究对大连市重点石化企业废水处理过程VOCs的逸散特性进行研究。首先通过比较大连市不同石化废水厂在不同时间段逸散VOCs的情况,研究典型石化废水厂VOCs逸散特点。结果发现
学位
抗生素因其在人类中的大量使用以及在环境中的持久性而被视为新污染物。不同环境基质存在的抗生素残留已对环境造成了严重影响。卡那霉素作为一种氨基糖苷类抗生素会对人体多个器官都造成损伤,尤其是对肾脏;而作为一种典型的大环内酯类抗生素四环素的滥用会对肝脏造成损伤,还会影响儿童骨骼的发育。因此,开展卡那霉素和四环素检测对于人体健康和环境保护具有重要意义。现有的检测手段主要包括液相色谱法、质谱法、毛细管法、免疫
学位
在能源需求上涨、自然资源紧缺的今天,废轮胎的高效资源化利用不但可以解决相应的环境问题,还能带来可观的经济效益。废轮胎热解油产物中含有大量高价值物质,将该类物质分离出来可以大幅提高热解油的整体价值。本文以废轮胎热解轻质油为原料,通过常减压精馏的方式将其分为多段馏分,对各馏段的成分进行了系统的分析,研究了甲苯、乙苯、二甲苯、对伞花烃和柠檬烯等高价值物质的分布情况;并首次提出通过液液萃取的方法对热解油中
学位
次重力波自从被观察到以来已经被证明对多种近岸过程有重要影响,典型的过程如沉积物的输运方向、过高的波浪爬升、沙丘侵蚀和过度冲刷,包括近年来备受关注的港湾共振,因此,了解次重力波在近岸的特征以及对其进行准确预测具有重要的学术和工程意义。本文基于斯里兰卡南部海域近岸现场实测数据以及XBeach-Surfbeat(XB-SB,以下)数值模型,对近岸次重力波的特征进行了研究,并对现有近岸次重力波的经验估计公
学位
多层竖直开槽板是一种新型环保型消波结构,主要应用于港口、游艇码头,该消波结构由具有一定间距的多层竖直开槽板组成,与传统防波堤等消波结构相比具备很多突出优点:由于结构进行了开槽处理,允许水体在结构物两侧进行自由交换,保护了生态环境;结构形式简单,便于施工安装;占地面积小,可有效提升港口码头内部空间,工程造价低。目前对于此结构形式的研究较少,开展规则波作用下多层竖直开槽板消波效果及水动力特性研究与分析
学位