室溫下催化氧化法去除室內甲醛的性能及機理研究結題摘要

甲醛是一種主要的室內化學污染，對健康極為有害，被世界衛(wèi)生組織認定為致癌物。因此室內甲醛的去除對于保護居民的健康至關重要。傳統(tǒng)的氣體凈化技術對甲醛的去除能力往往不盡人意。催化氧化法是一種極具潛力的甲醛凈化方法，在效率和使用周期上均具有較大優(yōu)勢。然而，對催化劑在室內環(huán)境低濃度條件下的甲醛去除性能的研究還不夠充分深入；其在室內環(huán)境條件下對甲醛的去除機理還不十分明朗。本項目將通過實驗研究，理論分析和模型模擬的方法對催化氧化法在室溫條件下的甲醛去除進行全面深入的探索，主要研究內容包括：1）不同種類催化劑去除甲醛性能的比較；2）室內環(huán)境因素（包括溫度，濕度，濃度和速度）對去除性能的影響；3)低濃度下催化劑去除甲醛的機理分析以及數(shù)學模型的建立和驗證。研究結果將以科學的數(shù)據(jù)回答催化氧化法應用于室內甲醛控制的可能性問題，明確環(huán)境參數(shù)對其性能的影響，并通過對其機理及模型的研究指導其在室內環(huán)境控制系統(tǒng)中的應用。

首先介紹了釩鈦催化劑催化氧化SO₂的反應機理及其研究進展，隨后綜述了影響SO₂氧化率的主要因素，主要包括催化劑中V₂O₅含量、催化助劑、飛灰、壁厚及煙氣成分、反應溫度等，并詳細地分析了各因素對SO₂氧化率的影響特性。在此基礎上，綜述了控制SCR催化劑SO₂氧化率的方法。最后指出SO₂氧化率控制技術的發(fā)展對低SO₂氧化率脫硝催化劑的開發(fā)、失活催化劑的再生以及廢棄催化劑的回用等均有著重要意義。

氧化率催化劑V2O5含量對SO2氧化率的影響

V₂O₅對釩鈦催化劑的SCR反應和SO₂氧化反應均具有強烈的催化作用，且上述兩個反應的轉化率均與V₂O₅含量密切相關。研究表明，隨著V₂O₅含量的增加，兩個反應的轉化率均增加，但是SO₂/SO₃轉化率的增速更快，這是因為SO₂的氧化率與催化劑的氧化性密切相關。V₂O₅晶體是工業(yè)制備硫酸所用催化劑的主要活性物質，所以隨著V₂O₅含量的增加，催化劑的氧化性不斷增強，使得SO₂的氧化率不斷提高。由此可知，可以通過適當降低V₂O₅含量的方式來控制SO₂氧化率，但這要以犧牲部分脫硝效率為代價，所以單純減少V₂O₅含量并不是控制SO₂氧化率的最優(yōu)路徑。

氧化率催化助劑對 SO2 氧化率的影響

商業(yè)SCR脫硝催化劑的主要成分為V₂O₅活性組分和TiO₂載體，此外為了優(yōu)化催化劑的某些性能，還需要摻雜特定的金屬氧化物作為催化助劑，其中最常見的催化助劑為WO₃和MoO₃，這些催化助劑的存在對SO₂氧化率有著一定的影響。

一般而言，WO₃的摻雜主要是為了提高催化劑的熱穩(wěn)定性和表面酸性。值得注意的是，SAZONOVA等的研究表明WO₃的摻雜還能有效降低催化劑的SO₂氧化率，提高其抗硫性能。然而，DUNN等的研究取得了與之相反的結果，認為WO₃的摻雜會使催化劑的SO₂氧化率提高，MORIKAWA等也獲得了相似的研究結果。與WO₃的作用相似，MoO₃的摻雜也是為了提高催化劑的熱穩(wěn)定性和表面酸性，另外還能增強催化劑的抗As中毒能力。KWON等發(fā)現(xiàn)MoO₃的摻雜還能夠抑制SO₂與V=O鍵的反應，進而減弱SO₂在催化劑表面的吸附，且研究還發(fā)現(xiàn)催化劑中Mo⁶ /Mo⁵ 比值越高，抗硫性能就越好。

雖然WO₃對SO₂氧化率的具體作用存在爭議，但催化助劑對SO₂氧化率會產(chǎn)生影響已毋庸置疑，這為改善催化劑的抗硫性能提供了一種可能的方法，即通過引入特定的物質來抑制SO₂的氧化。

氧化率催化劑壁厚對SO2氧化率的影響

商業(yè)SCR催化劑有蜂窩式、平板式和波紋板式等型式，不同型式的催化劑的壁厚有所不同，一般而言，催化劑壁越薄，SO₂氧化率越低，但對應的力學性能也會越差。因此，在進行催化劑成型時，應綜合考慮力學性能和 SO₂氧化率之間的關系。

納米尺度上進行金屬摻雜是提高納米金屬氧化物催化能力的一種可行方法，但是目前在臭氧催化方向，納米尺度上進行金屬離子摻雜的研究開展有限。本項目選取鐵、錳、鈷、鈦、鋅這五種過渡金屬，制備納米級雙金屬復合氧化物。在篩選催化效果最好的金屬組合并優(yōu)化制備條件基礎上對比分析納米單一金屬氧化物和雙金屬復合氧化物催化臭氧的效果，結合各種化學分析方法及XRD、XPS、TEM、BET等儀器表征方法，分析雙金屬復合氧化物的表面特性及催化機理；解析不同操作條件和水質條件對納米雙金屬復合氧化物催化效果的影響規(guī)律，并考察納米雙金屬復合氧化物在實際水質本底中的催化效能。研究成果可為催化臭氧技術在水處理中的應用提供理論依據(jù)和技術參考。