文摘

苯是一种有毒空气污染物和人类造成巨大的伤害。光催化氧化(PCO)经常研究了苯清除,然而,它的PCO效率仍然很低,催化剂容易失效。改善PCO的效率和稳定性,与部分185 nm紫外线照射紫外线灯是用来激活催化剂(表示185 - PCO)。修改TiO钴₂(Co-TiO₂了改善PCO活动和消除185 nm紫外线照射产生的臭氧。结果表明苯PCO的去除效率与254 nm紫外线照射(表示254 - PCO)只有2.1%时大大增加到185年的51.5%——PCO。185 - pco表现出优越的苯氧化的能力。在185 - pco过程中,臭氧是留在TiO的案例₂为论文而Co-TiO几乎可以消除1%₂。

1。介绍

随着经济的快速发展和人口的增加,大量的挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)退出这两个行业(如化工、石油化工、绘画、和涂料工厂)和人类活动1,2]。挥发性有机化合物的仪器不仅极大的危害人类的健康,还导致严重的破坏了大气环境。他们会导致大气复合污染和烟雾。阴霾的天气持续了很长一段时间在2013年初在中国的许多城市,当地人曾引起很多麻烦。控制挥发污染具有重要意义。

苯是一种代表性的VOC。它是非常有毒和致癌。苯是很难被破坏传统技术由于其苯环。除苯的方法包括传统方法如吸附(3,4),催化燃烧5),和生物降解6和低温等离子体等新兴方式7),光催化8- - - - - -10]。然而,这些方法的应用大大限制因其固有的缺点,如成本高、失活和副产品11- - - - - -14]。

PCO挥发量控制是发展最快的技术之一。最广泛使用的紫外线来源PCO的254 nm和365 nm紫外线灯。然而,传统的PCO过程光催化剂失活等缺点,电子空穴对的复合,效率低(15]。为了提高PCO的效率和稳定性,与部分185 nm紫外线照射紫外线灯(表示185 - PCO)被用来激活催化剂(16- - - - - -18]。185纳米的紫外线灯不能只照射光催化剂还生成活性氧化剂等,和臭氧。他们也简单、廉价、节能。先前的研究表明,185 - PCO的甲苯去除是7倍254 nm紫外线辐照下的PCO(表示为254 - PCO),并没有观察到明显的失活前(19]。然而,大量的臭氧自TiO残留在光催化反应器的出口₂可怜的活动对臭氧分解。臭氧是一种副产品,它是有害的对环境和人类的健康;同时它是一种强氧化剂,可以用来提高污染物的氧化。

钴TiO的不仅是一种常用的金属₂兴奋剂也是一个活跃的组成部分臭氧分解剂。在这项研究中,钴TiO修改₂(Co-TiO₂了改善PCO活动和消除臭氧产生185海里辐照。苯被选为代表VOC及其氧化性能相比185 - pco和254 - pco。结果表明,Co-TiO₂可以同时增加苯删除185 - pco和臭氧分解。185 - pco提出了一种有效、经济、简单、苯清除和稳定的过程。

2。实验部分

2.1。催化剂的制备

TiO₂准备通过溶胶-凝胶方法使用钛酸四丁酯为前驱,绝对的酒精溶液,分别和HCl抑制剂。制备过程如下:醋酸钴的混合物加入50毫升无水酒精和17毫升30分钟钛酸四丁酯和混合,形成解决方案A,另一个包含18毫升无水酒精混合B, 1毫升盐酸和3毫升去离子水是密集的搅拌下一滴一滴地添加到解决方案。在停止搅拌,直到明胶成立。明胶是年龄在12 h,然后干在120°C 6 h。干粉是紧随其后的是在550°C段烧4 h。因此,钴掺杂TiO₂是生产。纯TiO₂是捏造的,相似的过程来制备Co-TiO₂除了没有介绍在合成醋酸钴。在使用前未来保持催化剂被磨成网。

2.2。催化活性测试

实验设置和PCO反应堆被显示在图1。催化活性测试系统由三部分组成:气体分布,苯PCO,气体分析系统。气体从零空气发生器是干燥的空气自由的有限公司,有限公司₂和碳氢化合物。是用来泡水和液体苯生成水和苯蒸气,分别。苯的浓度、湿度和气体流量可以调节质量流控制器(S49 Horibametron)。0.5 L / min气流50 ppm苯浓度和湿度50%被引入苯PCO反应堆。反应堆是一个玻璃圆柱容器的有效容积0.5升,在石英玻璃管位于中心和两个紫外线灯(4 W, Sungreen)固定在管的两端与一个8毫米的距离。详细的PCO反应堆如图1。8毫米直径的固体棒放置在石英玻璃管的中心与1.3厘米身份证和催化剂加载杆和玻璃管之间的空间。通过这种方式,论文有更多的机会被紫外线辐射。30分钟的紫外线灯都打开系统反应前的准备活动和数据记录。苯气体进入反应器底部的玻璃管,从顶部。苯和臭氧浓度的废水进行气相色谱(GC)配备了FID (GC9790II,富力)和臭氧分析仪在线(型号202、2 b技术),分别。

2.3。催化剂表征

选择样本的表面区域以N₂使用Quadrasorb SI仪器adsorption-desorption等温线在77 K。测量前,样品脱气在573 K 2 h。催化剂的形态是用扫描电子显微镜(SEM)(地产- 6330 f, JEOL)在梁的能量20.0 kV。XRD模式收集与Panalytical苍天x射线粉末衍射仪在35 kV和25马,使用铜K辐射。强度数据收集在一个2θ范围从20°- 80°。

3所示。结果与讨论

3.1。描述

图2显示了合成TiO的XRD谱₂和Co-TiO₂以及商业TiO₂德固赛(P25)。证实了纳米晶锐钛矿结构(101)、(004)、(200)、(105)和(204)衍射峰(20.]。锐钛矿的XRD模式有一个主峰对应于101飞机(JCPDS 21 - 1272)的主要山峰而金红石和板钛矿阶段(110面)和分别(121面)。因此,金红石和板钛矿阶段尚未发现TiO合成₂和Co-TiO₂。他们表现出非常相似的形状的晶面的衍射峰。XRD模式没有任何公司阶段,表明公司离子均匀分散在锐钛矿微晶。与合成TiO₂、弱峰的金红石相可以观察到在P25(图1)。TiO的平均粒径₂估计通过应用谢勒方程锐钛矿和金红石衍射峰(每个样本的最强烈的山峰)是催化剂的晶粒大小,是x射线波长(1.54),是半宽度(应用的催化剂(弧度),,衍射角(21]。TiO的平均晶体大小₂,1% Co-TiO₂、P25计算10.5 nm左右,34.9 nm,和29.0 nm,分别如表所示1。与P25相比,合成TiO₂可以大大减少颗粒大小;然而,钴掺杂的引发聚合粒子在合成过程中,导致粒径的增加。

这个观察是一致的结果打赌表面积和扫描电镜的观察图像。TiO的打赌表面积₂,1% Co-TiO₂和P25是96.6,26.9和55.4米²分别/ g。TiO₂最大与最小的粒度有打赌表面积。

扫描电子显微镜照相术TiO的₂,1% Co-TiO₂、P25纳米粒子如图3。这张照片显示均匀的小颗粒在TiO连贯在一起₂和P25;然而,1%的粒子Co-TiO₂聚合。结果同意与XRD的结果模式和打赌表面积。

3.2。催化活性测试

图4将苯PCO过程中去除效率与185 nm和254 nm紫外线照射。它可以发现,它是非常低的,以防254 - pco的过程。苯去除效率只有2%。众所周知,苯是很难被破坏由于其稳定成键。此外,苯PCO的中间体可以导致严重的失活催化剂(22]。然而,苯转化率大大增加约50%在185 nm紫外线辐照和没有明显的失活反应后观察3 h。3测试样本,Co-TiO₂得到苯去除效率最高为51.5%,其次是P25(50.2%)和TiO₂(45.7%)。苯185 - pco的去除效率比254 - pco的20倍。185 - pco是一个非常复杂的过程,在185 nm紫外线灯不仅充当了照射光的光催化还生成活性氧化剂等,和臭氧。形成活性氧化剂的反应过程如下(23]: 为了澄清的贡献185海里辐照,论文从反应堆中删除。新工艺是光解。它可以发现苯仅185海里辐照下去除效率达到38%。185海里光解更有助于苯氧化在185 - pco的过程。苯的总和去除效率由于PCO和185 nm光解大约是40%,大约是10%比185 - PCO的小。这表明,其他因素也参与苯氧化在185 -除了光解和PCO PCO过程。正如我们所知,臭氧可以大量来自185 nm紫外线照射。臭氧浓度138 ppm的催化剂。臭氧是强氧化剂。尽管它不能直接氧化苯,它可以分解为更多的活性氧物种的帮助下催化剂(24]: *代表了催化活性位点。

3.3。臭氧分解

185 - pco表现出更多的优越能力比254 - pco苯氧化。然而,臭氧是另一个重要的关注除了苯清除,因为它是一种有毒的副产品。虽然3测试样品有类似苯去除效率从185 nm紫外线光解导致大部分苯清除,他们有完全不同的活动对臭氧分解。如图5,出口的臭氧浓度185 - pco反应堆反应后为2.5 h在合成TiO的119 ppm₂,降至58.4 ppm P25。尽管合成TiO₂有更高的赌注比P25的表面积,其臭氧分解的能力比后者。据报道,更高的赌注表面积应有利于臭氧分解(25]。合成TiO的区别₂和商业P25就是前者是纯锐钛矿TiO₂虽然P25包含一些金红石TiO₂除了锐钛矿。一项研究表明,TiO₂部分金红石最好臭氧分解能力比纯锐钛矿TiO₂(26]。至于Co-TiO₂,臭氧可以完全消除。钴是一个非常活跃的组件为臭氧分解。Co掺杂TiO₂表现出优越的活动对臭氧消除。在苯清除和臭氧分解的全面视图,Co-TiO₂3中表现出最好的性能测试样品。

3.4。Co掺杂的影响

为了研究Co掺杂的影响,0.1%,0.5%,1%,2%,和3% Co-TiO₂185 - pco准备和测试过程。结果反应后150分钟图所示6。苯去除效率Co-TiO只有47.6%的0.1%₂。作为公司装载的增加,苯去除效率Co-TiO的1%增加到51.5%₂Co-TiO和52.4%的3%₂。

图7显示了钴装载量对臭氧浓度的影响在反应后的出口为150分钟。在Co掺杂量低于1%的情况下,出口的臭氧浓度与公司装载的增加下降。至于0.1% Co掺杂,臭氧浓度是79.5 ppm时下降到几乎为零的Co掺杂1%。Co掺杂的增加可以提供更多的活性中心催化臭氧分解。然而,出口增加的臭氧浓度Co掺杂的进一步增加。Co掺杂太多不是有利于臭氧分解,因为公司可能得到TiO的微孔聚合和块₂。这将减少催化活动网站和表面积,导致活动对臭氧分解的恶化。

4所示。结论

改善PCO的效率和稳定性,185 - PCO被用来激活催化剂。Co-TiO₂是改善PCO开发活动和消除185 nm紫外线照射产生的臭氧。结果表明,苯与254 - PCO PCO的去除效率仅为2.1%时大大增加到51.5%在185 - PCO的过程。185纳米的紫外线辐射可以产生活性氧,如,,和臭氧,从而共同提高苯氧化PCO一起。在185 - pco,臭氧是留在TiO的案例₂作为催化剂虽然Co-TiO可以完全消除了1%₂。185 - pco除苯是一种有效的和有前途的过程。

确认

作者欣然承认金融支持研究基金会对中国高等教育的博士项目(没有。20120172120039),中国国家自然科学基金(没有。51208207),广东省重点实验室的研究基金项目环境污染控制和修复技术(没有。2013 k0001),中央大学基础研究基金(没有。13 lgzd03)。