导电性催化剂对室内空气污染物的电热催化氧化研究

气态有毒有害有机物和一氧化碳是常见的室内空气污染物。通常的净化方法包括吸附、光催化氧化、等离子体销毁等，这些技术各有其优缺点和适用范围，发展多样化的控制方法仍然是社会发展的需要。本项目申请中提出新型的电热催化氧化思路，即以具有导电性的多孔碳化硅和石墨化多孔碳材料作为载体，通过负载活性组分作为催化剂，通入电流使催化剂活化，辅以电场所致自由基反应，实现污染物的氧化消除。导电性载体材料较强的化学稳定性和疏水性能有利于合成高活性、抗水中毒的催化剂，利用电流在催化剂内的热效应使催化剂活化的方法能保证很高的能量利用率。研究内容包括导电功能材料的合成化学、电热强化条件下的催化反应动力学、电场-催化协同效应与自由基反应、广谱性污染物消除机理、水致失活催化剂的电热再生等。研究的目的旨在揭示电热强化条件下污染物的催化转化规律，为形成新型高效、节能的电热强化催化氧化污染控制方法进行基础的准备。

挥发性有机物和一氧化碳是常见的室内空气污染物。通常的空气净化方法包括吸附、光催化氧化、等离子体销毁等，这些技术各有其优缺点和适用范围，发展多样化的控制方法仍然是相关产业发展的需要。本项目的研究主题是用于室内空气净化的新型电热催化氧化技术，即以具有导电性的多孔材料作为载体，通过负载活性组分形成催化剂，通入电流使催化剂升温活化，实现污染物的氧化消除。主要包括材料研究和污染物的电热催化氧化研究。在材料研究方面，探讨了正相有序介孔石墨化炭材料、整体式蜂窝陶瓷负载型碳膜材料、多孔石墨化炭材料以及多孔碳化硅材料的合成方法，以浸渍和纳米胶体粒子吸附等方法负载了钯和锰氧化物等催化剂；在污染物电热催化氧化研究方面，设计了管式和板式反应器，评价了一氧化碳、甲苯、甲醛在不同催化剂上的电热催化氧化效率，研究了不同的催化剂合成方法以及电热条件对污染物去除效率的影响。得出以下主要结论：以F127为模板剂，以间苯二酚和甲醛为碳源，以谷氨酰胺和葡萄糖酸钠为辅助催化剂，可以在水相中合成出不同形貌和结构的有序介孔炭；向有序介孔炭中填充氧化硅前躯体和催化剂，发生缩聚反应之后，再进行高温催化石墨化转化，氧化硅可以起到支撑作用，避免有序介孔结构坍塌，用碱和酸分别除去氧化硅和催化剂之后，即可得到孔壁具有一定石墨化结构的正向有序介孔炭；通过溶胶法可以合成出氧化锰基纳米催化剂，具有较强的可还原性和较高的催化氧化性能；在现有的实验条件下，石墨化炭基催化材料对一氧化碳和甲醛具有一定的催化氧化性能，但两种污染物的转化率都偏低，而甲苯在电热条件下基本上没有转化；碳化硅负载型的催化剂导电性能较差，基本上不具备电热催化活性。由于电热催化氧化技术是一项新的技术，在相关的高效材料合成、反应器及电热条件优化等方面尚需要更全面的探讨。在催化剂及反应条件设计合理的前提下，电热催化氧化技术具有一定的污染净化效率，通过进一步的提升，有可能形成高效、节能的室内空气净化方法。