论文总字数：26827字

摘 要

近年来，人们对生活的需求越来越高，由甲醛（HCHO）引起的室内环境污染问题也越来越严重。如何在较低温度下（尤其是室温）有效地去除甲醛污染物，已成为科学研究者们关注的问题。在众多净化甲醛的方法中，催化氧化技术有着巨大的潜在前景，其中负载型纳米Pt催化剂显示了优异的HCHO室温催化活性。

本论文在反应模拟气组成为80 ppm HCHO N₂ 21% O₂，反应温度为室温25 °C（或者298K），质量空速为180000 mL/g·h条件下。使用德固赛P25 TiO₂、超彩TiO₂（CC）、γ-Al₂O₃和自制的AlOOH等不同的载体制备了室温氧化甲醛的Pt基催化剂，并在室温有水或无水条件下，分别对催化剂进行了耐久性测试以考察催化剂的活性。催化剂的甲醛氧化活性顺序是：Pt/AlOOH gt; Pt/Al₂O₃ gt; Pt/CC gt; Pt/P25。其中，当相对湿度为5%时，Pt/AlOOH催化剂上的甲醛转化率经过150 h的耐久性测试后，其活性仍维持在近100%的水平而未出现明显的下降，显示了良好的活性和耐久性。Pt/AlOOH催化剂因其具有最多的表面羟基和最大的比表面积而表现出最好的活性。而Pt/P25的活性最差，这与其最少的表面羟基、最小的比表面积和较低的Pt还原度有关。采用XRD、BET和XPS等测试手段对催化剂的结构和特性进行了探究。结果表明，表面羟基和比表面积对反应有显著的影响。但是也很难把活性的提升归因于比表面积或其他单一及特定因素的影响。不过，相对而言，表面羟基的影响可能更直接、更重要。

关键词：催化剂载体 Pt催化剂 室温氧化 甲醛 表面羟基

Abstract

In recent years, formaldehyde (HCHO) contributes significantly to indoor air pollution, due to its noxious effects on human health. Substantial efforts have been made to remove HCHO pollution to meet increasingly stringent environmental legislations in China and elsewhere. Among of these, catalytic oxidation has received much attention as a possible means for controlling HCHO pollution, because it can be conducted at a much lower temperature. Among the catalysts reported in relevant literatures, the supported nano-Pt catalyst has even been reported to catalyze the oxidation of HCHO at room temperature.

In this paper, a series of Pt-based gamma-alumina catalyst is prepared to investigate their catalytic performance in the room temperature formaldehyde combustion reaction. The mixed gas of 80 ppm HCHO N₂ 21% O₂ is used as the inlet gas, and the mass space velocity is set at 180000 mL/g·h. Different catalyst supports of commercial Degussa P25 TiO₂, anatase TiO₂ (CC), γ-Al₂O₃ and self-synthesized AlOOH were used to prepare Pt-based catalysts for the room temperature formaldehyde oxidation. The activity performance of the as-prepared catalyst was examined in a long-term test, which was conducted at room temperature and with or without steam. The catalyst sequence according to the formaldehyde oxidation activity was: Pt/AlOOH gt; Pt/Al₂O₃ gt; Pt/CC gt; Pt/P25. Pt/AlOOH showed the best activity due to the most surface hydroxyls and the largest surface area. The poor activity of Pt/P25 was associated with the minimum surface hydroxyls, the smallest surface area and the lower Pt reducibility. XRD, BET and XPS were conducted to characterize the structure and textural properties of catalysts. As a result, surface hydroxyl and surface area have significant influence on the present reaction. It is difficult to attribute the promoted activity to the specific surface area or to other single and specific factors. Nevertheless, comparatively speaking, the effect of surface hydroxyl groups may be more direct and significant.

Key words: Catalyst support; Pt catalyst; Room temperature oxidation; Formaldehyde; Surface hydroxyl

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 IV

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 甲醛危害及室内甲醛环境污染概况 1

1.2.1 甲醛危害 1

1.2.2 室内环境污染状况与甲醛污染来源 2

1.2.3 室内HCHO形成原因 2

1.2.4 室内甲醛标准 2

1.3 室内环境HCHO污染治理技术对比 4

1.3.1 HCHO治理技术对比 4

1.3.2 催化氧化技术 5

1.4 室内HCHO净化催化剂 6

1.4.1 过渡金属氧化物催化剂 6

1.4.2 贵金属催化剂 7

1.5 研究目的与内容 8

第二章 实验部分 10

2.1 前言 10

2.2 主要试剂和实验仪器 11

2.2.1 主要试剂、气体 11

2.2.2 主要成套设备 11

2.3 HCHO活性评价系统 12

2.3.1 活性评价系统简介 12

2.3.2 反应气氛中HCHO浓度的校正 13

2.3.3 活性测试方法 13

2.4 催化剂制备 13

2.4.1 催化剂制备过程 13

2.4.2 催化剂还原过程 14

2.5 分析表征 14

2.5.1 氮气吸脱附（BET） 14

2.5.2 X射线衍射（XRD） 14

2.5.3 X射线光电子能谱（XPS） 14

2.5.4 CO脉冲吸附测Pt分散度 14

第三章 甲醛室温催化燃烧中Pt基催化剂的载体效应 16

3.1 前言 16

3.2 不同载体制备的Pt基催化剂的表征 16

3.3 催化剂耐久性测试 20

3.4 负载Pt催化剂对室温催化燃烧甲醛的载体效应 21

3.5 小结 23

第四章 结果与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 25

参考文献 27

致 谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

甲醛在有机溶剂生产和原料合成中有着重要的地位，经常被用作板材料处理剂、制造树脂、涂料油漆、药品、人工纤维等工业产品。我们生活环境中的甲醛，一部分是溶剂高温挥发产生的游离性的自由甲醛，另外是由有机物的不完全彻底燃烧产生的甲醛副产物，也有部分是在人类的生产活动（比如人工搬运过程中形成的泄露，大剂量使用甲醛用于植物的保鲜防腐）中产生。

CH₂O是无色、有刺激性味道的。甲醛从分子结构上来看，分子性质比较活泼,其中含有不饱和的C=O极性键，容易溶解在醚、醇溶剂当中。甲醛与水的混合溶液（俗称：福尔马林溶液，该种溶液经常被用为杀菌剂或者防腐剂）是40%左右的甲醛，其余为水和甲醇（为副产物），其沸点非常低（为20°C）。其在室温时易挥发，遇热更易挥发，使得甲醛悄然无息的进入我们的生活环境中。因此，寻找合适的净化措施来保证人们的生活健康变得越来越重要。

1.2 甲醛危害及室内甲醛环境污染概况

1.2.1 甲醛危害

CH₂O对人体造成的危害往往是不可逆的，甲醛的分子式中含有一个羰基（即不饱和的C=O键），易发生C=O键的加成反应、氧化还原反应（氧化成CO₂和水，还原成甲醇）、聚合作用（比如生成聚甲醛）。由于甲醛分子为极性分子，因此水溶性很好，与生物类大分子（比如蛋白质，酶等）接触很容易发生作用，破坏生物结构。

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