论文部分内容阅读
臭氧是一种常见的空气污染物，空气中臭氧的去除近年来备受关注，其中催化分解法是一种广为研究的臭氧去除技术。本研究用颗粒活性炭原位还原KMnO4法制备了活性炭载锰氧化物（MnOx/AC）催化剂，用扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、氮气吸附-脱附实验、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼（Raman）光谱对催化剂进行了表征，并测试其在常温、常压、高湿度条件下催化分解臭氧的性能。该法制备的MnOx/AC，其Mn元素主要分布于活性炭载体的表面，形成的MnOx为片厚小于10nm的卷曲纳米薄片，广泛覆盖于载体表面，呈“地衣状”，具有较大比表面积。Mn的平均价态在+3价与+4价的之间，不经热处理的MnOx为水钠锰矿型层状锰氧化物；在N2气氛中300℃加热后，Mn的平均价态稍微降低，且转变为钡镁锰矿型锰氧化物。设计负载量和干燥方式对MnOx形貌形成有重要的影响，KMnO4溶液浓度和pH对MnOx形貌的影响很小。在常温、常压、相对湿度60%的条件下，活性炭原位还原KMnO4法制备的MnOx/AC具有良好的催化分解臭氧性能。其Mn负载量远低于以乙酸锰等为前驱体用浸渍法制备的MnOx/AC等其他催化剂，但相同反应条件下的臭氧去除率显著高于后者。催化剂表面的卷曲纳米薄片形貌为MnOx催化分解臭氧提供了大量反应位点，是其高活性的重要原因。原位还原法制备的MnOx/AC具有更高的抗湿能力和稳定性，但其催化分解臭氧性能仍受相对湿度影响。为进一步提高MnOx/AC的抗湿能力，用浸渍法在MnOx/AC表面负载Pd纳米颗粒，制备了低Pd负载量的Pd/MnOx/AC，并测试其分解臭氧性能。在N2中经300℃加热得到的Pd/MnOx/AC，其表面MnOx卷曲纳米薄片上负载了单分散的零价Pd纳米颗粒，平均粒径（均值±标准差）2.4±0.4nm。上述样品经H2中150℃加热后，Pd纳米颗粒未发生团聚，但粒径稍微变大（2.6±0.5nm）。在MnOx/AC表面负载Pd纳米颗粒后，催化剂分解臭氧性能没有提高；在H2中150℃还原后效果变差。XPS结果表明，零价Pd纳米颗粒在反应过程中不稳定，会被臭氧氧化而价态升高。