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油烟的催化净化研究

作　者: 叶长明
导　师: 王向宇；杜宝石
学　校: 郑州大学
专　业: 工业催化
关键词: 催化净化饮食油烟贵金属催化剂 Al2O3-蜂窝陶瓷载体
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

饮食业油烟含有许多有毒有害成分，其中许多为致突变和致癌物质。油烟排放已严重干扰了城市居民的正常生活，据统计，国内许多大城市居民对饮食业油烟污染的投诉已占环保投诉总数的40％。最近，环保部门已出台了相关法规强制要求净化。目前油烟的净化技术主要有惯性分离、静电沉降、织物过滤、液体洗涤等，这些方法均存在能耗高、设备复杂特别是造成二次污染的缺陷。本论文在分析已有净化方法的基础之上提出一种新的油烟净化技术，即蜂窝陶瓷负载贵金属催化剂的净化方法。该方法可以将油雾及气态有机污染物都转化为CO₂和H₂O，与现有的油烟净方法相比具有明显的优势。许多研究表明，烹调油烟至少含有200多种化学成分，主要有烷烃、烯烃、醛、酮、脂肪酸等化合物。油烟组分的复杂性给催化净化效率的评价带来困难。本课题通过大量实验探索解决了这一难题，建立了一套准确稳定的催化剂活性评价装置。以空气流载标准油蒸汽模拟油烟的发生，获得了接近真实流量和组成的油烟气源；通过CCl₄试剂吸收法收集油烟组分，方法简单易于操作，吸收效率在90％以上；确立采用红外分光光度计测定油烟吸收浓度，并提出了新的计算处理方法。净化催化剂采用堇青石蜂窝陶瓷为载体，附着活性Al₂O₃涂层提高比表面，负载Pd、Pt贵金属为活性组分。实验通过探索活性Al_O₃涂层的不同附载方法，获得具有较高牢度、分布均匀的第二载体。对比考察了催化剂制备的浸渍—还原法和等体积浸渍法，前者因产生一定量的贵金属损失而不适于实际应用，实验采用后者制备催化剂。制备考察了不同负载量的Pd、Pt单组分催化剂在250℃、300℃、360℃下的油烟净化性能。结果表明，Pd、Pt催化剂的负载量以0.1％为最优，增加贵金属量降低了其在Al₂O₃载体上的分散度而不能提高净化活性；Pt催化剂在较低温度下（250—300℃）净化活性高于Pd，而在较高温度下（300—360℃）Pd催化剂净化性能优于Pt，0.1％Pd／γ-Al₂O₃在360℃下油烟净化率达到93.1％。采用分步浸渍法制备了Pd-Pt／γ-Al₂O₃—堇青石双组分催化剂，考察了不同Pd、Pt比例系列催化剂在250℃、275℃、300℃下的油烟净化效率。实验结果表明，Pd-Pt双组分催化剂的净化效果明显优于同负载量的单组分催化剂；Pt／（Pd+Pt）值为3／4时，催化剂净化性能最佳。固定Pt／（Pd+Pt）值为3／4以及催化剂其它制备条件，考察焙烧温度对催化剂净化性能的影响，结果显示500℃为最佳，增加和降低焙烧温度都导致催化剂活性下降。制备了不同h。添加方式和不同添加量的系列催化剂，考察通过添加 Ceo。改善第二载体性能对净化效率的影响。油烟净化结果表明h。的添加大幅度提高了催化剂的氧化活性，添加了 2％Ceo；的 0．196Pd／Y－AI。Os催化剂 300℃下的油烟净化率达93．7“考察发现2％的h。添加量优于1“ 采用Cecyosh溶液浸渍的方法优于C30。固体与A12O3粉末的机械混合法。利用完全氧化催化剂常用的研究方法HZ－TPR，OZ－TPD及XRD对催化剂进行了表征。单组分Pd、Pt负载催化剂的表征结果表明，本文制备的Pd催化剂 TPR还原温度比文献报道的高，为13 8 OC。这可能与Pd与A12O3存在S MS 强相互作用，P d－0更稳定，分散度比较高有关。Pt单组分催化剂无 TPR 还原峰。双组分催化剂的HZ－TPR图谱出现了多个还原耗氢峰，其OZ－TPD峰面积明显大于单组分催化剂，并且峰面积的大小与活性顺序完全一致。表明双组分催化剂中Pd、Pt产生强相互作用，在催化剂表面形成了新的活性中心；Pd、Pt的共存改善了催化剂表面氧的性能，提高了催化剂的氧化活性。Ceo。的添加改变了贵金属的还原行为，形成了Pd－0－Ce活性物相，增强了催化剂的活性。

全文目录

英文摘要  5-8
中文摘要  8-10
第一章文献调研及研究方案设计  10-25
  1．1 油烟污染的危害及治理的意义  10-11
  1．2 油烟的形成过程及其组分  11-16
    1．2．1 油烟的形成过程  11-12
    1．2．2 油烟气的组成  12-16
  1．3 国内外油烟净化技术现状  16-20
    1．3．1 典型方法简单介绍  17-19
    1．3．2 不同技术处理效果比较  19
    1．3．3 现有油烟净化设备性能比较  19-20
    1．3．4 现存方法的缺陷和应用局限性  20
  1．4 催化燃烧及其在处理废气净化中的应用  20-21
  1．5 催化剂的设计  21-22
    1．5．1 催化剂的活性组分  21-22
    1．5．2 催化剂的载体  22
  1．6 研究方案设计  22-23
  参考文献  23-25
第二章实验部分  25-39
  2．1 实验试剂及仪器  25
  2．2 催化剂的制备  25-34
    2．2．1 蜂窝陶瓷上活性氧化铝涂层  25-28
      2．2．1．1 Al_2O_3涂层的作用  25-26
      2．2．1．2 Al_2O_3涂层的表面物理性质  26-27
      2．2．1．3 活性氧化铝涂层的附着方法  27
      2．2．1．4 实验方法和制备步骤  27-28
    2．2．2 贵金属的负载  28-29
    2．2．3 催化剂的制备过程  29-34
      2．2．3．1 单组分的制备  29-30
      2．2．3．2 双组分催化剂制备  30-31
      2．2．3．3 不同焙烧温度系列催化剂  31-32
      2．2．3．4 添加CeO_2系列催化剂  32-34
  2．3 催化剂活性测试  34
  2．4 催化剂的H_2-TPR测试  34-36
  2．5 O_2-TPD测试  36-38
  参考文献  38-39
第三章评价装置及油烟浓度测定方法研究  39-50
  3．1 油烟的发生装置  39
  3．2 采样方法的考察  39-41
  3．3 油烟浓度的测定  41-46
    3．3．1 几种测定方法的对比  41-43
    3．3．2 红外分光光度法  43-45
      3．3．2．1 红外分光光度法测量原理  43
      3．3．2．2 油烟浓度标准曲线  43-45
      3．3．2．3 溶剂的影响及其消除  45
    3．3．3 油烟浓度的计算  45-46
  3．4 催化剂活性的测定过程  46-49
  3．5 结论  49
  参考文献  49-50
第四章实验结果与讨论  50-68
  4．1 Pd、Pt单组分催化剂的净化性能  50-57
    4．1．1 反应温度对催化剂净化性能的影响  50-51
    4．1．2 贵金属负载量对净化性能的影响  51-53
    4．1．3 催化剂表征  53-57
      4．1．3．1 Pd单组分的H_2—TPR  53-55
      4．1．3．2 Pd、Pt表征结果的比较  55-56
      4．1．3．3 催化剂的XRD图谱  56-57
  4．2 Pd-Pt双组分的净化性能  57-68
    4．2．1 温度的影响  57-58
    4．2．2 Pt／（Pd+Pt）值的影响  58-59
    4．2．3 催化剂的表征  59-68

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