摘 要

甲醛是一种常见的气体污染物，对人体各方面有着极其严重的危害。甲醛去除已经成为改善室内空气质量的关键。贵金属室温催化氧化法有无副产物等优点，但是因为它昂贵的价格，人们很少选择它，而其他金属氧化物效率又不高，所以我们这个实验要研究一种效率极高的钨掺杂二氧化锰纳米片催化剂，使其能作为光热催化分解甲醛的催化剂，进行高效的催化分解。

本实验借助在二氧化锰中掺杂不同含量的钨元素（3%，6%，12%）,对新合成的二氧化锰纳米片进行样品表征以及样品的性能测试。结果表明，随着W掺杂量的增加，δ型MnO₂的物相结构并未发生重大变化，仍然保持其层状二维结构，其中6%的钨元素能使二氧化锰对于甲醛的分解效率达到最大。光照条件下，其分解甲醛性能进一步提升，W的掺杂不仅使材料的结晶性变差，表面缺陷增加，同时改变了二氧化锰的分子结构，促进了其光吸收特性（红外吸收效率增强），提高其光热转化效率，进一步提高了其活性。

本研究从太阳能利用的角度提出一种增加二氧化锰光热催化活性的方法，为改善催化剂的性能提供了一种新的思路。

关键词：甲醛；钨；二氧化锰纳米片；光照；催化氧化能力

ABSTRACT

Formaldehyde is a common gas pollutant, the human body has a very serious harm to all aspects. Formaldehyde removal has become the key to improving indoor air quality. Precious metals, room temperature catalytic oxidation of the presence of by-products, etc., but because of its expensive price, people rarely choose it, and other metal oxide efficiency is not high, so we experiment to study a highly efficient tungsten doping Manganese dioxide nanosheet catalyst, so that it can be used as photocatalytic decomposition of formaldehyde catalyst, the efficient catalytic decomposition.

In this experiment, the newly synthesized manganese dioxide nanosheets were characterized by sample doping of different concentrations of tungsten (3%, 6%, 12%) in manganese dioxide and the performance of the samples. The results showed that the phase structure of δ-type MnO₂ does not change significantly with the increase of W doping amount, and its layered two-dimensional structure is still maintained. 6% tungsten element can make the decomposition efficiency of manganese dioxide to formaldehyde .Under the condition of illumination, the efficienty of formaldehyde decomposition is further improved, and the doping of W not only makes the crystallinity of the material worse, the surface defects increase, but also changes the molecular structure of manganese dioxide, and promotes its light absorption characteristics (infrared absorption efficiency). Thus the photothermal conversion efficiency was improved ,increasing the catalytic activity.

In this study, a new method for increasing the photocatalytic activity of manganese dioxide from the perspective of solar energy utilization is proposed, which provides a new idea for improving the performance of the catalyst itself

Keywords: formaldehyde; tungsten; manganese dioxide nanosheets; illumination; catalytic oxidation capacity

目 录

第一章 引言 1

1.1研究背景 1

1.1.1甲醛的性质 1

1.1.2甲醛的来源 1

1.1.3甲醛的危害 2

1.1.4甲醛的污染现状 3

1.1.5现代甲醛的处理方案 3

1.2光热催化在污染物净化领域的研究现状 5

1.3研究背景、意义及及内容 6

1.3.1研究背景及意义 6

1.3.2研究的内容 7

1.3.3研究的创新点 7

1.3.4技术路线图 8

第二章 实验方法 9

2.1实验药品以及化学试剂 9

2.2 实验使用的设备和仪器 9

2.3 催化剂的制备 10

2.4 催化剂样品的数据测试 10

2.4.1 扫描电子显微镜 10

2.4.2透射电子显微镜 10

2.4.3 X射线衍射器 10

2.4.4 X射线光电子能谱 11

2.4.5 紫外可见红外漫反射吸收光谱 11

2.4.6 化学吸附 11

2.5 催化剂的性能测试 11

第三章 实验结果与讨论 13

3.1 各类锰空位含量的催化剂样品的表征 13

3.1.1 XRD 13

3.1.2 形貌分析 13

3.1.3 表面化学参数分析 15

3.2 不掺杂量的样品的性能测试 17

3.3 实验机理分析 20

3.3.1 H₂-TPR 20

3.3.2 UV－Vis－IR光谱分析 21

3.4 结论 22

第四章 实验结论和建议 24

结论 24

建议 24

插图索引 25

表格索引 26

参考文献 27

致谢 30

第一章 引言

1.1研究背景

1.1.1甲醛的性质

甲醛，相对分子质量30.03，是平常生活中遇见较多的醛类化合物之一，具有无色可燃，味道较为刺激，容易溶解于水和乙醇的特点。甲醛的化学性质较为活泼，国内的有毒化学品种，甲醛的地位也是位居前茅，世界卫生组织也将其列在的致癌物质的名单之列^[1]。

甲醛的化学性质较为活泼，因为其含有活泼的羰基，能与酸，蛋白质，部分盐溶液以及醇等发生相应的化学反应。常温下，气体甲醛可以生成三聚甲醛，其加热也可以分解，能与氢氧化钠溶液发生反应，又容易被氧化性强的物质氧化成甲酸放出二氧化碳^[2]。

1.1.2甲醛的来源