负载银催化剂光催化分解NO反应研究

论文摘要

随着人们对环境质量要求的不断提高,吸烟场所、厨房、汽车拥挤的公路上产生的低浓度氮氧化物造成的环境污染日益受到重视。低浓度氮氧化物的脱除对催化剂的性能提出了新的挑战。光催化技术是近几年发展起来的一项空气净化技术,该技术由于利用太阳光,可以在室温下进行,以及高效处理低浓度污染物（无需富集）,具有反应条件温和、操作易于控制、能耗低、二次污染少等优点,在处理低浓度大气污染物方面具有很高的研究价值和潜在的应用背景。本论文以高吸附性的H-ZSM-5分子筛为载体,银离子改性制得的催化剂,在紫外光下对NO这一典型氮氧化物进行光催化脱除,并借助XRD、UV-vis漫反射、TPD、原位AgNO3程序升温分解等技术对催化剂表征,对反应中起重要作用的银物种及光催化分解NO机理进行了探讨和研究。为进一步提高光催化分解NO活性,同时还对催化剂做了进一步改性。论文取得了以下有意义结果：1.光催化分解NO反应是在一套自制的套管式固定床光催化反应器中进行。H-ZSM-5分子筛中活性组分银的引入提高了催化剂光催化分解NO反应活性,银担载量、反应气NO初始浓度、灯距对光催化分解NO反应有较大影响。2.通过在不同预处理条件下处理得到的Ag/H-ZSM-5催化剂,对NO进行光催化分解实验,实验表明,不同预处理条件能明显影响Ag/H-ZSM-5催化剂的活性。将XRD、UV-vis漫反射表征与活性数据相关联,发现随着预处理温度升高,单个的银原子为降低表面能会聚集,并随着温度升高颗粒逐渐长大,催化剂光催化分解NO活性逐渐下降；氧化性气氛处理的催化剂上银物种主要为银离子和银簇,光催化分解NO活性最高,而催化剂经还原性气氛处理使交换到阳离子位的部分Ag+被还原为Ag0,具有最差的光催化分解NO活性。结合包信和等人建立的定量区分分子筛内外表面银物种含量的方法,确立高度分散于分子筛阳离子位上的银离子及银簇是光催化分解NO的活性中心。3.为获得更多活性银物种提高催化剂的光催化分解NO活性,对银催化剂进行如下改性：首先,将银担载在不同的分子筛载体上进行光催化分解NO反应,实验结果表明,Ag/H-ZSM-5催化剂具有最好的光催化分解NO活性。结合XRD, UV-vis、原位AgNO3程序升温分解等技术发现,虽然Ag/HY催化剂上具有最多的活性银物种,但光催化分解NO活性并不是最高,这主要是由于孔径的限制,反应物NO分子不能与分子筛中的活性银物种有效接触。其次,通过采用银氨溶液作为银源,获得更多的活性银物种,催化剂具有较高的光催化分解NO活性。4.通过对新鲜催化剂的NO吸附饱和后程序升温脱附和反应4个小时后的催化剂程序升温脱附过程的研究,结果表明,光催化分解NO生成的氧吸附在催化剂活性位上难以脱附是催化剂失活的主要原因。惰性气氛500℃处理可以使催化剂部分再生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 前言
• x的来源和危害'>1.2 NO_x的来源和危害
• x的来源'>1.2.1 NO_x的来源
• x的危害'>1.2.2 NO_x的危害
• x的防治技术'>1.3 NO_x的防治技术
• x生成控制'>1.3.1 NO_x生成控制
• x脱除技术'>1.3.2 NO_x脱除技术
• 1.4 光催化脱除NO
• 1.4.1 光催化研究进展
• x的研究进展'>1.4.2 光催化脱除NO_x的研究进展
• 1.4.3 银的光催化行为研究
• 1.4.4 光催化反应器
• 1.5 本论文研究目的、意义和内容
• 1.5.1 研究目的及意义
• 1.5.2 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验所用仪器、试剂和气体
• 2.2 催化剂的制备
• 2的制备'>2.2.1 Ag/TiO₂的制备
• 2.2.2 Ag-ZSM-5的制备
• 2.2.3 Ag/H-ZSM-5的制备
• 2.2.4 Ag/HY和Ag/13X的制备
• 2.2.5 Ag（NH）/H-ZSM-5的制备
• 2.3 催化剂的活性评价
• 2.4 催化剂的表征
• 2.4.1 X射线粉末衍射（XRD）
• 2.4.2 紫外可见漫反射光谱（UV-vis diffuse Spectrum）
• 2.4.3 程序升温脱附（TPD）
• 3的程序升温分解'>2.4.4 分子筛上AgNO₃的程序升温分解
• 3 负载银催化剂光催化分解NO反应活性的研究
• 2和Ag/TiO₂催化活性比较'>3.1 H-ZSM-5和Ag-ZSM-5及TiO₂和Ag/TiO₂催化活性比较
• 3.2 原料气NO浓度对催化剂光催化分解NO活性的影响
• 3.3 灯距对催化剂光催化分解NO活性的影响
• 3.4 Ag含量对催化剂光催化分解NO活性的影响
• 3.5 本章小结
• 4 分子筛中银物种对光催化分解NO反应中催化作用研究
• 4.1 预处理条件对催化剂光催化分解NO反应的影响
• 4.1.1 活性评价
• 4.1.2 XRD和UV-vis漫反射表征
• 4.1.3 讨论部分
• 4.2 分子筛载体对催化剂光催化分解NO反应的影响
• 4.2.1 活性评价
• 4.2.2 银物种的表征
• 4.2.3 讨论部分
• 4.3 银的前躯体对催化剂光催化分解NO反应的影响
• 4.4 本章小结
• 5 反应机理探究
• 5.1 催化剂的稳定性
• 5.2 失活机理分析
• 5.3 再生
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢