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摘 要

本文所论述的研究内容为以堇青石陶瓷蜂窝材料（Al2O3/MgO）作为载体制备催化剂，过程中选用溶胶凝胶法制取过渡金属复合氧化物催化剂。在实验处理和数据验证方面，因甲苯作为一种典型的VOCs在生产生活中广泛分布，且对人体环境具有明确的危害性，所以选用甲苯作为我们实验所用的代表性研究对象。我们通过制备不同制作方案的催化剂，测试双金属复合物氧化物催化剂对挥发性有机物的催化燃烧效果。在实验过程中，用来测量并记录数据的仪器为GC-2014型气相色谱仪。在得出数据并进行绘图分析研究后，我们可以得到所需要的关于不同制备方案对催化剂催化VOCs效能带来的影响，本实验所体现并验证的影响因素主要有二:一是Mn-Co双金属之间的配制摩尔比、二是所配制的催化剂的负载量。研究实验得出的数据能够得出最佳Mn-Co摩尔比为Mn:Co=7:3，最佳负载量为20%，即在上述两种条件下MnCo双金属复合氧化物催化剂具有最佳的催化活性。

关键词：催化燃烧 VOCs 堇青石 催化剂

Study on Optimization of preparation conditions of catalyst for catalytic combustion of manganese, cobalt and cerium

Abstract

This article mainly use the cordierite honeycomb ceramics as the carrier and the catalyst was prepared by sol-gel method. The combustion of toluene was used as a model reaction to study the relationship of the catalytic activity between different calcination time and calcination temperature of catalysts. The data of the activity test phase are recorded by GC -2014.Analysis of the experimental data shows that the catalytic combustion catalyst preparation conditions will affect the catalytic combustion conversion rate of toluene, mainly reflected in two aspects: First, the molar ratio of Mn-Co, the second is the catalyst loading. Analysis of the experimental data shows that the optimal molar ratio of Mn-Co is Mn:Co=7:3 and the optimum loading is 20%. That is, the MnCo bimetallic complex oxide catalyst has the best catalytic activity under the above two conditions.

Key Words：catalytic combustion; VOCs; cordierite; catalysts

目录

第一章 前言 1

1.1 VOCs介绍 1

1.1.1 VOCs简介 1

1.1.2 环境中VOCs的主要来源 1

1.1.3 目前已知的VOCs的类别 2

1.1.4 VOCs的危害 2

1.2 VOCs治理中所常使用的方法 3

1.2.1 吸附法 3

1.2.2 吸收法 4

1.2.3 冷凝法 4

1.2.4 膜分离法 4

1.2.5 燃烧法 5

1.2.6 生物处理法 6

1.2.7 等离子氧化法 7

1.2.8 光催化法 7

1.2.9 处理方法综述 7

1.3 催化燃烧技术的简单介绍 8

1.4 催化燃烧催化剂的研究近况简介 8

1.4.1 催化剂介绍 9

1.4.2 催化剂的简要分类 9

1.4.3 催化剂的载体介绍 10

1.4.4 催化剂的制备工艺 11

1.5 本次课题的主要研究内容 12

第二章 实验部分 13

2.1 实验选用仪器与试剂 13

2.1.1 实验选用仪器 本次催化燃烧实验在研究进行过程中所选用的仪器如下表 13

2.1.2 实验选用化学试剂 本次实验在研究进行过程中所选用的试剂如下表 13

2.2催化剂预处理与制备 14

2.2.1催化剂预处理 14

2.2.2催化剂的制备 14

2.3 催化剂催化活性的具体评价方法 14

第三章 结果与讨论 16

3.1Mn-Co-O/堇青石催化体系活性测试条件 16

3.2不同Mn/Co摩尔比产生的对Mn-Co-O/堇青石催化体系活性的影响 16

3.3选用不同的Mn/Co负载量产生的对Mn-Co-O/堇青石催化体系活性的影响 17

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

致谢 21

参考文献 22

1. 前言

1.1 VOCs介绍

1.1.1 VOCs简介

VOCs（volatile organic compounds）即是挥发性有机物的英文缩写，主要因其具有较强毒性和相对较高的蒸汽压，使其易对人体和环境产生不良影响。除此之外, VOCs的大量排放将间接导致臭氧的破坏[1]。自从工业革命以来，人类的生产生活发展迅速，使VOCs的产生和排放急剧加快，这使得大气环境中已然有了大量的有害挥发性有机物。同时，由于它们的物理性质是具有相对较小的分子量的同时又较低的沸点和较高的蒸气压，所以在人类居住的常温环境下，大量的VOCs即可以产生并挥发存在于大气环境之中^[2-3]。依据世界卫生组织（WHO）在上世纪80年代末期做出的一个专门的限定，那些常压下沸点处于50-260℃，在室温下即可以蒸汽形式存在的挥发性有机物即可以称为VOCs。^[4]

1.1.2 环境中VOCs的主要来源

在人类居住的自然环境中，各类VOCs的主要来源可分为以下几大类:

(1) 来自大气中的VOCs 人类所生存的大气环境可以被分为室内和室外两种。首先，室外大气环境主要指露天的自然大气层环境，其中已经存在数百种挥发性有机物，并在几百年来含量快速增加。主要原因是工业革命带来工业生产大发展(包括石油化工、生物制药以及上世纪以来新兴的电子信息工业等)，各类工业的发展为人类的生存质量带来了同样突飞猛进的进步，但是其带来的大量有害的VOCs似乎成为了无法避免的代价，这是否是发展的单一必经模式？想必值得好好思考^[5-7]；其次，室内的大气环境也就是人类平时日常生活的居家环境，其中也存在或多或少的挥发性有机物，除了人体在正常的生命活动中代谢产生的气体之外，最为常见的即为装修等大量使用有机物产品的情况下人为带入室内大气的挥发性有毒有机物。该类VOCs可以通过开窗稀释，放置吸收物质，延迟入住的手段尽量避免接触。

(2) 来自水体中的VOCs 人类和自然来源通常被认为是水中主要的VOCs源^[8]。同上文所讲的大气中的来源一样，工业化大生产导致各工业企业或因为技术的不成熟，或因为对利益的盲目追求，往往会往水体中排放大量的工业废水，直接将大量的VOCs引入水体中，造成极大的环境破坏，威胁人类健康。另外，除了人为排放外，各类水生植物，尤其以藻类为主，在代谢过程中，往往会产生卤化物排入水中，也是水体中挥发性有机物的一大来源。

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