挥发性有机物(VOCs)是一类排放来源很多的空气污染物,其中工业生产为主要来源,VOCs的排放会导致严重的环境问题,而且有害人体健康,而VOCs中的甲苯作为代表性的工业溶剂被广泛运用。本文以低浓度甲苯为目标污染物,利用催化臭氧氧化技术将其降解为H2O和CO2等物质,该技术在常温下运行,处理低浓度VOCs运行成本低,催化剂的选择和制备是该技术的关键环节,过渡金属氧化物由于其成本较低成为优选。本文将制备催化活性高的过渡金属氧化物作为催化剂。利用SBA-15(介孔分子筛)作为模板,Mn(NO3)2溶液为前体物,利用模板法制备介孔MnOx。在不同的煅烧温度下(200℃、300℃、400℃、和500℃)制备出了γ-MnO2、β-MnO和Mn2O3催化剂。催化剂的催化性能顺序为:β-MnO2>γ-MnO2>Mn2O3,所以介孔β-MnO2催化性能最佳。再利用以高锰酸钾和硝酸锰为原料通过无模板法制备介孔β-MnO2,对比催化活性后发现利用模板法制备的介孔β-MnO2催化性能更佳,所以选取该催化剂进行后续研究。探究反应空速、进料比(甲苯和臭氧质量浓度比)和甲苯浓度对催化剂性能的影响,结果表明,当甲苯浓度为140 mg/m3、空速为10000 h-1,最佳进料比为1:15时,CO2选择性为73%,甲苯和臭氧去除率均可达100%。当入口甲苯浓度从50 mg/m3逐渐提高到225 mg/m3时,甲苯和臭氧的去除率均能达到100%,CO2选择性由83%降至69%。水汽加入在一定程度上会促进催化反应进程。将甲苯和臭氧的质量浓度比设定为1:15,当入口甲苯浓度为80 mg/m3,相对湿度从0%提高至40%时,甲苯和臭氧均可完全去除,CO2选择性由79%增加至81%,当相对湿度从40%升高至90%时,臭氧去除率由100%降至97%,甲苯可完全去除,CO2选择性由81%增加至83%;当入口甲苯浓度为200 mg/m3,相对湿度从0%提高至20%时,甲苯和臭氧均可完全去除,CO2选择性由67%增加至72%,当相对湿度由20%提高至90%时,臭氧和甲苯去除率由100%分别降至85%和90%,CO2选择性由72%降至45%,后在无水汽的情况下吹扫8～12 h,催化剂性能可恢复。经过红外光谱分析测试可知,水汽的加入产生了更多的游离·OH,催化剂表面积累的副产物减少,在一定湿度范围内促进了反应进程。通过红外光谱和GC-MS检测分析可知,甲苯降解过程中产生了苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸,再经过氧化开环过程生成丙酮、乙醛和乙醇等小分子,最终被氧化降解成H2O和CO2。