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TiO2-WO3涂层的流动式光热及等离子体协同催化特性研究

TiO2-WO3涂层的流动式光热及等离子体协同催化特性研究

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作者：陆佳鑫东北师范大学

学位级别：硕士

挥发性有机污染物(VOCs)的治理是空气污染防治的重点目标之一。催化氧化技术是脱除VOCs的重要手段。然而,单一的催化手段往往存在着能耗高、VOCs矿化率低、长效稳定性差等问题。发展多场耦合的催化氧化技术可以整合单一催化技术的优势,... 详细信息

挥发性有机污染物(VOCs)的治理是空气污染防治的重点目标之一。催化氧化技术是脱除VOCs的重要手段。然而,单一的催化手段往往存在着能耗高、VOCs矿化率低、长效稳定性差等问题。发展多场耦合的催化氧化技术可以整合单一催化技术的优势,是治理VOCs的未来发展趋势。TiO-WO太阳光吸收范围宽,光生电荷分离能力强,稳定性优异,是催化氧化脱除VOCs的典型光催化剂。本论文在TiO-WO光催化的基础上,拟探索光与热、光与等离子体的协同催化模式,用于高效脱除VOCs。在对VOCs脱除的光反应器中,流动式反应器光程短、催化剂用量少,不仅可以处理大批量的VOCs,还可以实现多步反应连续进行,相较于传统固定式反应器更贴近实际应用。因此,本论文以泡沫陶瓷、石英为基底,研究TiO-WO的流化床涂层工艺。以乙醛为代表,研究TiO/WO涂层的流动式脱除VOCs性能,最终形成多物理场耦合的催化氧化技术,为VOCs的高效脱除提供技术参考。研究内容如下:(1)以高压均质方法制备TiO-WO复合体系浆料,并负载于泡沫陶瓷基底表面。考察了TiO-WO比例、均质处理、反应温度对光催化脱除流动相乙醛性能的影响。相比于单一TiO,负载于泡沫陶瓷表面的TiO-WO催化剂不仅拓宽了原有催化剂的光吸收范围,同时增强了VOCs在催化剂表面的吸附能力。复合体系相较于单一TiO,流动相体系下光催化以及光热催化乙醛降解性能分别提升了13%和56%。TiO与WO的复合、均质处理及反应温度的提升三因素综合改善了TiO-WO催化剂的流动相光热催化性能,优化实验条件下流动相乙醛实时脱除浓度达8.51 ppm,克服了商用P25 TiO流动式光催化升温失活的问题。(2)设计了一种介质阻挡放电等离子体反应器用于流动相的乙醛降解。通过提拉浸渍法将催化剂涂覆在石英反应器内壁,将等离子体催化与光催化耦合,获得了更高的乙醛降解活性。与单独等离子体放电、未加催化剂的条件相比,等离子体放电与TiO-WO催化剂的耦合使得乙醛降解速率提高了77%。进一步在等离子体耦合TiO-WO催化后端引入光辐射,乙醛降解的中间产物比例下降了30%,流动相乙醛降解的速率提高了3.69倍,流动相乙醛实时脱除浓度高达285 ppm,表明等离子体与光的协同催化可以更有效地脱除高浓度流动相VOCs。

关键词：流动相反应光催化涂层乙醛降解等离子体催化

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