摘 要

挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)是一类新型空气污染物，会对大气环境与人体健康带来极大的损害，因此，对以苯系物为代表的VOCs的处理越来越受到人们的广泛关注。目前，最高效的处置VOCs的方法是催化氧化法，能够将VOCs转化为无毒害的CO₂和H₂O。二氧化锰(MnO₂) 由于储量丰富，且对VOCs具有良好的催化活性，受到了研究人员的广泛关注。

本文通过前掺杂法在制备Fe/MnO₂，并在不同温度下反应制备MnO₂催化剂，采用紫外可见分光光度计及XRD测试手段对样品进行表征分析，并测试其催化性能。

实验证明，反应温度的不同会改变生成的MnO₂催化剂的晶体结构与颗粒尺寸，从而影响其催化活性。

本文所制备的Fe/MnO₂催化剂在紫外光、可见光以及红外光驱动下均能够表现出对VOCs的催化活性，这对于该催化剂的应用有着重要的意义。

关键词：挥发性有机化合物；MnO₂；反应温度；晶体结构；热催化

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) is a new type of air pollutants. They might be harmful for both atmospheric environment and human health. As a result, the technology in order to remove the BTEX, which is the representative of VOCs, has attracted much attention. At present, the most effective method to eliminate VOCs is catalytic oxidation. This method can transfer VOCs into CO₂ and H₂O, which is non-toxic. Manganese dioxide (MnO₂), due to the abundant and efficient to VOCs catalytic oxidation, has been widespread concern researchers.

In this study, Fe/MnO₂ has been prepared. And reactions occur under the different temperatures. UV-Vis spectrophotometer and XRD methods are applied for the analysis and characterization. The catalytic properties are also tested.

Experimental results show that the reaction temperature will change the crystal structure and the size of MnO₂ catalyst, thus affecting its catalytic activity.

In this study, driven by ultraviolent light, visible light and infrared light, the Fe/MnO₂ crystal we have prepared shows the catalytic activity to VOCs. It’s of great significance for the application of this catalyst.

Key Words：VOCs; MnO₂; reaction temperature; crystal structure; thermal catalytic

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 VOCs处理技术 1

1.2.1吸附法 2

1.2.2燃烧法 2

1.2.3光催化法 2

1.2.4光致热催化法 3

1.3 MnO₂催化剂 3

1.3.1 MnO₂的结构 3

1.3.2 MnO₂催化剂催化氧化VOCs的机理 4

1.3.3提高MnO₂催化剂催化性能的方法 6

1.3.4负载型MnO₂催化剂 8

1.4课题研究的目的和意义 9

第二章 Fe/MnO₂催化剂的制备 11

2.1实验仪器 11

2.2实验药品 11

2.3 Fe/MnO₂催化剂的制备 11

2.3.1催化剂的制备 11

2.3.2催化剂的表征 12

2.3.3催化剂热催化活性测试 12

2.3.4光致热催化活性测试 13

第三章 性能表征结果分析 15

3.1 XRD图谱分析 15

3.2催化剂的光致热催化活性测试 15

3.3催化剂热催化活性 16

3.4 CO程序升温还原 17

3.5催化剂对光的吸收 17

第四章 结论与展望 19

参考文献 20

致 谢 23

第一章 绪论

1.1研究背景

大气环境是人类赖以生存与发展的重要因素，空气质量的好坏直接关系到人们的健康与安全，且已成为了评价一个城市健康发展的一项重要指标。当今世界科学技术水平日新月异，突飞猛进的工业水平在带给我们各种便利的同时，种种问题也随之而来。未经处理的工业废气对大气环境的污染与破坏日益加深，危害着人们的身体健康，同时也制约着经济的进一步发展。因此，对大气污染的治理工作刻不容缓。

挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)是一类新型的大气污染物，通常是指在常温条件下饱和蒸气压大于70Pa，或在常压条件下沸点小于260℃的有机化合物的总称^[1]，包括各种脂肪烃、芳香烃及其衍生物等。VOCs的来源十分广泛，其中最主要的是人类的各项生产活动，如工业废气、农药挥发、汽车尾气等，而工业生产过程的VOCs排放量与其影响都是最大的^[2]。VOCs的大量排放一方面耗费了大量资源，同时也对环境也造成了严重的破坏（如光化学烟雾、二次有机气溶胶、破坏臭氧层等）^[3-5]。

VOCs对人体直接造成的损害同样不容小视，它可以通过皮肤黏膜或呼吸道进入身体。VOCs对人体的呼吸、循环、神经等系统以及肝脏等器官均会造成严重的损害，尤其是苯系物能使细胞癌变导致癌症。空气中的VOCs浓度过高极易引发急性中毒，轻者会出现头痛、恶心、呕吐等症状，严重的会出现肝中毒、昏迷，甚至可能危及生命。而长期暴露在低浓度的VOCs的环境中，则会引发慢性中毒，损伤神经系统与肝脏，出现乏力、嗜睡、皮肤瘙痒等症状，还会导致内分泌失调，乃至诱发癌症。VOCs对婴幼儿会造成更加深远的影响，研究表明，孕妇长期接触到被VOCs污染的环境，将大大提高胎儿畸形的概率，其今后智力的发育也会受到影响。除此之外，室内空气中的VOCs还是使儿童患上多种后天疾病的主要原因。