太阳能热催化降解车内甲醛的影响因素研究

作     者：刘旺 

作者单位：天津商业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金梧凤;王志强

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：车内空气品质 甲醛 热催化氧化 动力学模型 

摘      要：近年来我国经济快速发展,私家车已经成为人们不可缺少的交通工具。由于车辆自身材质和外界环境因素导致车内空气污染问题越来越严重。甲醛是车内一种典型的毒害强,释放周期长的气态污染物,由此引发的驾驶员健康问题事件频频发生。因此必须根据车内甲醛释放特点,采取合适的甲醛净化技术,提高车内的空气品质,保证乘车人员的身心健康。本文以夏季车内高温环境中的甲醛为研究对象,对比目前多种甲醛净化技术的优缺点及车内实际环境,选取热催化氧化技术来净化车内甲醛。根据不同催化剂的性质和国内外研究现状甄选并制备出催化温度适中、甲醛净化效率理想的催化剂MnO-CeO。搭建系统实验台模拟车内环境进行热催化氧化实验,研究不同因素如:太阳辐射强度、甲醛初始浓度、催化剂负载量及其稳定性对甲醛降解率的影响。主要有以下内容和结果:采用修饰共沉淀法制备出热催化剂MnO-CeO,并对其进行紫外-可见光吸光度、比表面积(BET)、氢气程序升温还原(H-TPR)、扫描电镜(SEM)表征分析,说明了该催化剂具备良好的氧化还原性和吸热能力;对比两种热催化剂、两种光催化剂及一种光热组合催化剂的甲醛性能,结果表明,甲醛催化效果MnO-CeOCuO-MnOMnO-CeO-TiOTiOBi-V-O;太阳辐射强度越大,实验舱内温度越高,甲醛催化效果越好,在650w/m的实验中,甲醛降解率为82.1%;在200ppb、500ppb、1000ppb不同甲醛初始浓度的实验中,甲醛降解率先上升再减小,虽然200ppb的实验中甲醛降解率最低,但实验结束后的底浓度也最小;在10g/m、20g/m、40g/m的三种不同MnO-CeO负载量实验中,当催化剂的负载量由10 g/m增加至20g/m时,催化效果提升明显,但是当继续将负载量增加至40g/m时,甲醛降解率仅提升2.9%,催化效果提升不明显;在MnO-CeO催化甲醛的稳定性测试中,在相同实验条件下重复使用五次的催化剂仍表现除了良好的催化效果,经过五次实验后的催化剂与新鲜催化剂对比,甲醛降解率仅下降2.86%;根据Eley-Rideal(ER)模型、Langmuir-Hinshelwood(LH)模型以及Mars-Van Krevelen(MVK)模型的表达式对实验结果进行拟合验证,发现ER模型拟合度较高,更适合于解释实验舱内甲醛催化机理,即在甲醛催化时,甲醛处于吸附态,氧气处于气相态。在真实车内的实验中,利用太阳能可将车内超标近九倍的甲醛热催化降解至70ppb以下,符合甲醛国家标准,证明了其在车内实施的可行性。最后通过与传统净化器对比,利用太阳能热催化氧化车内甲醛更加节能,在车内具备一定的应用前景。