负载型稀土催化剂催化净化烹饪油烟技术

论文摘要

烹饪产生的油烟中含有许多有害成分,其中许多为致突变和致癌物质,而且油烟的无组织排放已严重干扰了城市居民的正常生活,据统计,国内许多大城市居民对饮食业油烟污染的投诉已占环保投诉总数的40%。为了解决这些问题,2000年,国家环保部门已出台了相关法规强制要求净化。目前油烟的净化技术主要有惯性分离、静电沉降、织物过滤、液体洗涤等。这些方法均存在能耗高、设备复杂,特别是造成二次污染的缺陷。在众多的油烟净化技术中,往往是净化效率低的造价低,净化效率高的造价也较高。国内的净化技术大部分采用机械分离等复合式净化技术,只是将油烟排出室内,没有经过任何的化学处理,导致大气严重污染。国外常采用热氧焚烧法和催化氧化法,不过都是基于其烹饪油烟量较小的前提下。从理论上说,真正适合我国的催化技术还不成熟。如何研制出一种净化效率高但是造价低的适合我国国情的净化技术,成为本论文的实验目的之一。对有机物污染的治理中,催化作用是一种最有效、最经济的方法。大量研究表明,稀土复合氧化物具有良好的助催化性能,将镧、铈等稀土元素与过渡金属组合使用,可以有效提高催化剂的催化活性。用催化法净化油烟的原理是采用各种具有自净化功能的催化剂,在烹调过程中于烹调温度上通过催化氧化燃烧将油液滴转化为二氧化碳和水蒸汽,消除污染和臭味。许多研究表明,烹饪油烟至少含有200多种化学成分,主要有烷烃、烯烃、醛类、酮类、脂肪酸等化合物,油烟组分的复杂性给催化净化效率的评价带来困难。本课题通过大量实验探索,解决了这一难题,建立了一套准确稳定的催化剂活性评价装置。以空气流载食用油蒸汽模拟油烟的发生,获得了接近真实流量和组分的油烟气源;通过四氯化碳试剂吸收法收集油烟组分,方法简单易于操作,吸收率在90%以上;确立采用红外分光光度计法测定油烟吸收浓度。油烟污染较大,采用一般的催化净化反应器不便于清洗和重复使用,而且占地面积较大,移动不方便。针对这些问题,自行设计了催化净化反应装置,具有耐高温耐腐蚀性,便携,易拆洗,可反复使用等特点。净化催化剂采用γ- Al2O3为载体,负载一定比例的稀土元素La、Ce和过渡金属Co为活性组分。在合理化假定的基础上,推导出油烟催化净化效率式,并对影响油烟净化效率的因素进行了分析。建立了油烟催化净化实验台,在实验台上进行了正交实验和常规实验。通过实验验证了影响油烟催化净化效率的主要因素,并考察了各主要因素对净化效率的影响程度,从而得出催化净化油烟实验方法的某些特点以及规律性。当催化剂负载量为30%、焙烧温度800℃、催化温度300℃、烟气流量10L/min时催化剂对油烟的净化效果最佳,净化效率可达88%。从方差分析结果得出影响油烟净化率因素的强度顺序为:焙烧温度,负载量,流量,催化温度。分别对部分催化剂进行了XRD、SEM和BET实验,对催化剂的理化性质进行了研究。理化性质实验的结果不仅验证了催化活性对比实验的结果,而且为催化剂的改善和改良提供了理论上的依据。最后对油烟净化前后的成分进行了GC-MS分析,作为实验判断催化剂催化能力的另一指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 油烟的污染现状
• 1.2 油烟的形成、成分以及危害
• 1.2.1 油烟的形成
• 1.2.2 油烟的成分
• 1.2.3 油烟的危害
• 1.3 油烟污染净化技术
• 1.3.1 惯性分离法
• 1.3.2 静电沉积法
• 1.3.3 液体洗涤法
• 1.3.4 织物过滤法
• 1.3.5 生物降解法
• 1.3.6 等离子体法
• 1.3.7 热氧化焚烧法
• 1.3.8 复合式净化法
• 1.3.9 紫外线净化法
• 1.3.10 催化净化法
• 1.4 稀土在环境保护中的应用
• 1.5 研究方案的设计
• 1.6 论文研究的目的、内容和意义
• 第2章 实验装置及油烟浓度的测定
• 2.1 油烟的发生装置
• 2.2 催化反应装置
• 2.2.1 催化反应装置图
• 2.2.2 催化反应器内、外温度关系实验
• 2.3 采样方法的考察
• 2.4 油烟浓度的测定
• 2.4.1 测定方法分类和对比
• 2.4.2 红外分光光度法
• 2.5 小结
• 第3章 稀土钙钛矿型催化剂的制备
• 3.1 概述
• 3.1.1 钙钛矿型催化剂
• 3.1.2 稀土钙钛矿型催化剂
• 3.2 固体催化剂的制备方法
• 3.2.1 沉淀法
• 3.2.2 浸渍法
• 3.2.3 热分解法
• 3.2.4 离子交换法
• 3.2.5 共混合法
• 3.2.6 溶胶凝胶法
• 3.2.7 熔融法
• 3.2.8 水热合成法
• 3.3 稀土钙钛矿型催化剂的制备
• 3.3.1 催化剂载体的制备
• 3.3.2 催化剂的制备
• 3.4 小结
• 第4章 催化剂催化净化油烟的实验研究
• 4.1 催化净化油烟的正交实验
• 4.1.1 实验因素和水平的选择
• 4.1.2 实验数据及分析
• 4.2 催化净化油烟的常规实验
• 4.2.1 设计方案
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 催化剂的XRD 分析
• 4.3.1 X 射线衍射概述
• 4.3.2 X 射线定性分析方法
• 4.3.3 催化剂的X 射线图分析
• 4.4 催化剂的BET 分析
• 4.4.1 比表面积的测定方法
• 4.4.2 比表面积的测定结果
• 4.5 催化剂的SEM 分析
• 4.5.1 扫描电镜工作原理
• 4.5.2 扫描电镜的特点
• 4.5.3 催化剂样品的扫描电镜（SEM）分析
• 4.6 油烟成分的GC-MS 分析
• 4.6.1 GC-MS 分析原理
• 4.6.2 GC-MS 分析条件
• 4.6.3 GC-MS 结果
• 4.7 小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文、专利目录
• 致谢