论文总字数：15389字

摘 要

随着工业化的快速发展及各种人造材料的大量使用，人们向大气中排放的有害气体逐年增多。其中挥发性有机物(VOCs)对人类健康产生了极大的危害，人们也开始聚焦如何减少这种空气污染，催化燃烧就是目前最有效的处理挥发性有机物(VOCs)技术之一。贵金属Pt催化剂具有较高的燃烧活性，用铂催化剂催化降解和催化燃烧VOCs被认为是一种去除这些有机化合物有效的方法。本课题以甲苯作为模拟VOC气体，考察制备的Pt-ZnO/SiC催化膜对甲苯气体的催化氧化性能。采用溶胶-凝胶法在SiC支撑体表面负载了一层纳米ZnO颗粒层，ZnO颗粒层充当“二次载体”，均匀负载于SiC支撑体内表面制得Pt-ZnO/SiC催化膜，并且在不同温度下对其催化氧化性能测试，结果表明，制备得到的Pt-ZnO/SiC催化膜在210℃温度下可以100%催化氧化甲苯气体，同时，ZnO的存在会提升其催化性能以及催化稳定性。

关键词：催化氧化，催化膜，甲苯气体，Pt-ZnO/SiC，催化氧化性能

High temperature catalytic oxidation of Vocs

Abstract

With the rapid development of industrialization and various use of artificial materials, the emissions of harmful gases into the atmosphere increased year by year.Volatile organic compounds (VOCs) has a great harm on human health, people began to focus on how to reduce the air pollution,and Catalytic combustion is one of the most effective techniques for the removal of volatile organic compounds (VOCs). Higher activity contributes to efficient conversion of methane for noble metal catalysts，Catalytic degradation and catalytic combustion over platinum catalysts are regarded as the efficient methods for removal of these organic compounds. In this work, ZnO nanoparticles was coat on the surface of SiC with sol-gel method. And then Pt nanoparticles loaded on the ZnO-coated SiC surface are prepared via a simple impregnation method. Toluene was used as the simulation VOC to investigate the catalytic oxidation performance of Pt-ZnO/SiC. ZnO nanoparticles layer acted as a "second carrier" was coated on the surface of SiC support via sol-gel method。ZnO nanoparticles were uniform load on SiC support body surface to make a Pt-ZnO/SiC Catalytic membrane， And test it catalytic oxidation properties under different temperature. The results show that toluene gas can be 100% converted at 210℃ temperature with higher filtration rate, at the same time, the presence of ZnO can efficiently improve the catalytic performance and stability.

Key words: catalytic oxidation ，Catalytic membrane, toluene gas ，SiC, ZnO nanoparticles layer, ZnO/SiC , Pt- ZnO/SiC ， catalytic oxidation performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2 VOCS的脱除方法 2

1.2.1 吸收法 2

1.2.2 吸附法 3

1.2.3 催化氧化法 3

1.3 课题研究目的及意义 3

第二章 实验方法及方法 5

2.1 实验原料及仪器 5

2.1.1 实验原料 5

2.1.2 实验仪器 5

2.2 实验工艺流程 5

2.3 表征方法 7

第三章 结果与讨论 9

3.1 乙醇甲苯气体标线的测定 9

3.1.1乙醇气体标线的测定 9

3.1.2 甲苯气体标线的测定 9

3.2 乙醇甲苯催化性能表征 10

3.2.1 乙醇催化性能表征 10

3.2.2甲苯催化性能表征 12

第四章 结论与展望 16

参考文献 17

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1引言

目前，随着工业化发展进程逐步加快，空气中污染物成分和形式逐渐增加，我国的空气质量逐年下降，大气污染状况十分严重，由于汽车数量的增多和冬天煤炭的使用，我国的空气污染主要表现为煤烟空气污染。PM2.5指数逐渐上升，尤其是近几年来在全国各地出现的雾霾天气，给人们的生活，身心健康带来了不小的危害，悬浮在空气中的小颗粒会通过人的呼吸进入呼吸道，颗粒很小，通常的口罩完全不能帮人类拦截它们，人体吸入就会引起许多上呼吸道疾病，伤害人们的身体。空气防护和治理工作迫在眉睫。因为装修材料的不过关等其他因素，甲苯的挥发也严重威胁人类健康,在相对较短时间内吸入一定浓度的甲苯可以出现一系列引起身体不适的症状。大城镇空气质量明显没有小城空气干净程度好，空气中可吸入颗粒物和一些有机可吸附颗粒浓度普遍超标，可吸入颗粒物污染一直处在较高水平，随着经济发展，机动车的逐渐普及，使得汽车尾气污染物排放总量迅速增加，NOx污染也逐年呈现加重趋势^[1]；另外，空气污染越来越严重也给空气中的细菌微生物提供了良好的生存环境，大量细菌微生物的聚集会引起各种疾病的传播感染及过敏，对人体健康造成严重危害。从环境保护部发布的全国城市空气质量状况可以看出，我国除了处于经济较落后的西北及西南几个省份的空气质量基本达标外，处于经济发达地区的东南沿海及中部的工业发展较快的城市空气污染状况依然堪忧，大城市的蓝天指数下降。蓝天指数的减少，人们逐渐开始重视对空气污染的治理，大气中常见的污染物包括细颗粒物、粉尘、臭氧、可吸入颗粒物、NOx、COx等，这些仍然是造成空气污染质量下降的重要因素^[2]。但是近年来，随着科技的发展和人们生活习惯的改变，大气污染成分的逐渐复杂化，除了以上说的常见污染物之外，目前，在一些发展较快的地区，空气中的可挥发性的有机污染物如甲醛甲苯以及臭氧(O₃)的浓度逐渐增加，室内装修，家居用品中释放的甲醛，甲苯都是大气中VOCs的主要成分。另外，VOCs和NOx的连续反应也会导致大气氧化性增强，经过复杂的反应，导致了空气污染状况的加剧，进而形成长时间的“雾霾”天气。虽然，这些污染物的存在是大家所知道的，但对于它们之间复杂的结合关系以及相互的影响却不尽知，这也是许多环境研究机构的研究热点问题，同时，对于VOCs的监测和检测来说，我国仍处于初期研究的道路上，各种标准规范和技术也处于制定和开发之中，这也给我国的环境治理工作带来了严重的挑战。因此，短时间内，国内的大气污染状况仍然会处于污染之中，需要我们通过研究来逐渐解决这一问题。

高温尾气排放，室内装修等都是是空气污染的重要原因，在现代工业生产过程中，需要开展空气净化的领域十分广泛，能源、冶金、石油、机械、化工制造业等，这些工厂的空气净化是首先需要解决的问题。对于这些工业上产生的，有害气体的处理主要是对其中产生废气中的粉尘的过滤，有害气体成分的脱除。粉尘的过滤系统，工业中用到的方法有很多，如湿法除尘、静电除尘等，而对于尾气中甲苯气体的脱除，主要涉及到催化剂的催化效率问题。

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