空气中甲醛的吸附氧化研究

2017-05-19陈海川

资源节约与环保 2017年4期

关键词：二氧化锰高浓度甲醛

陈海川

（遂宁市环境监测中心站四川遂宁629000）

空气中甲醛的吸附氧化研究

陈海川

（遂宁市环境监测中心站四川遂宁629000）

以ZnCO3、MgO、MnO2、TiO2为原料，利用共混合法制备两种柱状催化剂（Zn/Mn/Ti型，Zn/Mn/Mg型）。研究了两种催化剂在空气模拟系统中对甲醛的吸收氧化效果，并与60% TiO2/Al2O3成品催化剂相对比。结果表明，Zn/Mn/ Ti型催化剂对甲醛的净化效果最好，适用于空气中高浓度的甲醛净化。

甲醛；吸附氧化；催化剂

引言

近年来，空气中游离甲醛的问题已经引起各界的广泛关注。人们长期在含有甲醛、氡、氨、苯及其他挥发性有机物（VOCs）的环境中生活，会出现不同程度的病变，其中以甲醛危害最为严重。人造板材、清洁剂、低端纺织品是生活中游离甲醛的主要来源。如何绿色、安全、高效的净化空气中的甲醛是急需解决的问题。

1 实验部分

1.1 实验主要试剂

碳酸锌、二氧化锰、氧化镁、氧化钛（分析纯，阿拉丁试剂）；60%TiO2/Al2O3催化剂（浙江某催化剂研发中心提供）；测定甲醛浓度所用试剂均为国药试剂分析纯。

1.2 实验主要设备

模拟空气甲醛吸收装置（自制）；7955紫外可见分光光度计（上海棱光技术有限公司）；VC-5粉体混合器（中国德尔特设备有限公司）；1512-NE四柱压片机（迈可诺技术服务公司）。

1.3 催化剂制备

Zn/Mn/Mg型催化剂：150g碳酸锌（助催化剂），50g二氧化锰（主催化剂），300g氧化镁（助催化剂），干混，350℃焙烧制得。

Zn/Mn/Ti型催化剂：300g碳酸锌（助催化剂），100g二氧化锰（主催化剂），100g二氧化钛（助催化剂），其制作工艺与Zn/Mn/Mg型催化剂相同。

60%TiO2/Al2O3型催化剂为成品催化剂。

1.4 实验内容和主要方法

催化剂对甲醛吸附氧化效果的研究所用的装置为自制的模拟空气甲醛吸收装置，如图1。

图1 模拟空气甲醛吸收装置

实验方法：甲醛净化装置材质为石英管。体系内所有阀门开启，空气储罐中的空气经活性炭净化器后通过质量流量计调节以1L/min流速进入甲醛吸收装置，净化后的空气对整体管路系统进行吹扫。1h后，控制阀关闭，调整流量计4至空气流速为200ml/min，开启风扇和甲醛发生装置，一定浓度的甲醛气体和空气混合进入缓冲罐，经控制阀进入甲醛吸收液。一定时间后，在a处取样甲醛浓度达到0.65mg/L时，关闭控制阀8,11，甲醛发生器，风扇以及空气储罐；开启阀门16及微量循环泵，调整流量计13使混合气体以15min/L的流速通过甲醛净化装置。混合气体在甲醛净化体系和缓冲罐内以循环模式流动，通过对b点采样可检测催化剂动态循环吸附氧化脱除甲醛的效果。实验结束后，对反应体系进行空气吹扫，更换催化剂继续实验。

1.5 甲醛测定及分析方法

甲醛含量的测定采用GB/T 15516-1995《空气质量-甲醛测定乙酰丙酮分光光度法》。

2 结果与讨论

2.1 三种催化剂对甲醛吸附氧化效果

催化剂装填于甲醛净化器中，由2.4所述实验方法对催化剂模拟吸附空气中的甲醛效果进行测定。反应时间为25h，甲醛

图2 不同催化剂对甲醛的氧化脱除效果

初始浓度为0.65mg/L。三种催化剂对甲醛的氧化脱除结果如图2。

由图2可知，三种催化剂对甲醛的氧化脱除效果依次为：Zn/Mn/Ti型最优，Zn/Mn/Mg型次之，60%TiO2/ Al2O3一般。三种催化剂在10h内对甲醛的脱除率分别为63%（Zn/Mn/Mg型），77%（Zn/Mn/Ti型），51%（60% TiO2/Al2O3），之后催化剂对甲醛氧化速率变慢，甲醛余量变化相对平缓，25h后催化剂对甲醛的脱除率分别为75%（Zn/Mn/Mg型），83%（Zn/Mn/Ti型），58%（60% TiO2/Al2O3）。

由于TiO2的禁带宽度，可适用于TiO2发挥催化作用的光波在自然光中的含量不到7%。在自然光下，TiO2的单一型负载催化剂并不适合与高浓度甲醛的氧化脱除。

研究发现，室温下二氧化锰与甲醛有很高的反应活性，生成CO2和水。碳酸锌在焙烧过程中可生成活泼的氧化锌，溢出的CO2气体可以丰富催化剂的孔道结构，有利于甲醛的吸附。Zn/Mn/Ti型催化剂中的TiO2和MnO2共同作用于甲醛，弥补了自然光对的TiO2限制。自制的两种催化剂在模拟吸收空气中的甲醛体系中对甲醛的吸收效果优于60%TiO2/Al2O3。