论文总字数：19966字

摘 要

臭氧催化氧化法是一种极具潜力的低浓度VOCs净化技术，它具有投资低、安全性能高、操作简单等优势，但它也存许多问题（催化剂失活快、反应转化率低等）有待深入研究。因此，探索一种新型载体材料，延长底物与催化剂接触时间并提高活性组分分散性，对提高催化效率和催化剂稳定性具有重要的科学研究意义。本论文以SiO₂气凝胶为载体，利用溶胶-凝胶获得醇凝胶、共凝胶方式负载活性组分Mn，并在常压条件下干燥制备得到Mn-SiO₂气凝胶。对影响催化效率的因素进行考察分析：不同硅基材料、活性组分负载量、催化温度。并利用BET、SEM表征手段对其进行深入分析。发现当催化温度为550℃，负载率为5%时，所制备复合材料催化效果最佳。

关键词：Mn-SiO₂气凝胶 ；活性组分；载体；催化氧化

Preparation of Mn-SiO₂ Aerogel and Catalytic Performance of Toluene at Room Temperature

Abstract

Ozone catalytic oxidation is a highly potential low-concentration VOCs purification technology. It has the advantages of low investment, high safety performance, and simple operation, but it also has many problems (fast catalyst deactivation, low reaction conversion rate, etc.) that need intensive study. Therefore, exploring a new type of carrier material, prolonging the contact time between the substrate and the catalyst, and improving the dispersion of the active components have important scientific research significance for improving the catalytic efficiency and catalyst stability. In this thesis, SiO₂ aerogel is used as the carrier, sol-gel is used to obtain the active component Mn in the form of alcohol gel and co-gel, and dried under normal pressure to prepare Mn-SiO₂ aerogel. Investigate and analyze the factors that affect the catalytic efficiency: different silicon-based materials, active component loading, and catalytic temperature. And use BET, SEM characterization methods to conduct in-depth analysis. It was found that when the catalytic temperature was 550 ℃ and the loading rate was 5%, the prepared composite material had the best catalytic effect.

Keywords: Mn-SiO₂ aerogel; active component; carrier; catalytic oxidation

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 概述 1

1.1前言 1

1.2挥发性有机化合物VOCs 1

1.3挥发性有机化合物的处理方法 2

1.3.1回收技术 2

1.3.2销毁技术 3

1.4催化剂载体——SiO₂气凝胶 4

1.4.1 SiO₂气凝胶简介 4

1.4.2 SiO₂气凝胶的工艺制备 4

1.5在环境领域气凝胶国内外研究现状及其应用 5

1.5.1气凝胶在吸附领域的应用 5

1.5.2气凝胶在催化领域的应用 6

1.6本文研究的主要内容 8

第二章 实验部分 - 9 -

2.1 实验试剂和仪器 - 9 -

2.1.1 实验试剂 - 9 -

2.1.2 实验设备 - 9 -

2.2 催化剂制备 - 10 -

2.3 催化活性评估分析 - 10 -

2.3.1 甲苯活性以及臭氧浓度测试 - 11 -

2.4 催化剂的表征测试 - 12 -

2.4.1 扫描电子显微镜 - 12 -

2.4.2比表面积、孔容孔径表征 - 12 -

第三章 结果与分析 - 13 -

3.1 甲苯标准曲线的绘制 - 13 -

3.2 不同硅基材料对催化臭氧氧化甲苯性能的影响 - 14 -

3.3 活性组分负载量对催化臭氧氧化甲苯性能的影响 - 15 -

3.4 焙烧温度对5% Mn-SiO2气凝胶催化效率的影响 - 16 -

3.5 催化剂形态与结构分析 - 17 -

3.5.1 催化剂BET分析 - 17 -

3.5.2 催化剂SEM分析 - 18 -

第四章 总结与展望 - 20 -

4.1 实验结论 - 20 -

4.2 展望 - 20 -

参考文献 - 21 -

致谢 - 23 -

第一章 概述

1.1前言

科学技术的发展离不开工业的进步，工业革命使得经济稳步提升，人们生活质量得到改善，但是人们不断地追求过高的GDP，造成了环境的加速恶化，工业生产过程中排放的废物气体如SO₂、NH₃、甲苯等，是造成光化学烟雾、灰霾等现象的重要原因之一。其中挥发性有机化合物（VOCs）的排放量的增加造成空气污染日益严重。据有关报道指出，2015年我国挥发性有机化合物排出超两千万吨，超过了SO₂、NO_x、PM的排放量，是导致大气污染的主要因素。

目前国内外针对VOCs的性质设计了多种处理方式，其中主要包括有吸收、吸附、催化燃烧、生物法和光催化降解等，常温催化是一种廉价高效的催化方式，是通过将低浓度的VOCs吸附到催化剂表面，并与催化剂表面的活性物质发生氧化反应，从而将高分子的VOCs逐步分解为小分子物质，最后分解为二氧化碳和水等无害物质，此催化反应的发生的关键在于氧化剂和催化剂的选择上，即优良载体与合适的活性组分，使得吸附与氧化耦合提高催化剂的活性。

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