《室溫下催化氧化法去除室內甲醛的性能及機理研究》是依託天津大學，由裴晶晶擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：室溫下催化氧化法去除室內甲醛的性能及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：裴晶晶
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
甲醛是一種主要的室內化學污染，對健康極為有害，被世界衛生組織認定為致癌物。因此室內甲醛的去除對於保護居民的健康至關重要。傳統的氣體淨化技術對甲醛的去除能力往往不盡人意。催化氧化法是一種極具潛力的甲醛淨化方法，在效率和使用周期上均具有較大優勢。然而，對催化劑在室內環境低濃度條件下的甲醛去除性能的研究還不夠充分深入；其在室內環境條件下對甲醛的去除機理還不十分明朗。本項目將通過實驗研究，理論分析和模型模擬的方法對催化氧化法在室溫條件下的甲醛去除進行全面深入的探索，主要研究內容包括：（1）不同種類催化劑去除甲醛性能的比較；（2）室內環境因素（包括溫度，濕度，濃度和速度）對去除性能的影響；（3）低濃度下催化劑去除甲醛的機理分析以及數學模型的建立和驗證。研究結果將以科學的數據回答催化氧化法套用於室內甲醛控制的可能性問題，明確環境參數對其性能的影響，並通過對其機理及模型的研究指導其在室內環境控制系統中的套用。
結題摘要
甲醛是一種主要的室內化學污染物，去除甲醛對於保護室內人員的健康非常重要。傳統吸附技術去除甲醛的效果並不理想，甲醛是小分子氣體，很難被吸附。室溫熱催化技術不需要額外的能量就可以去除甲醛，並有較長的生命周期，具有很大的套用潛力。通常熱催化研究在高溫、高濃度下進行，在典型室內條件特別是低濃度條件下，其效果和去除機理模型的研究還很不充分。此外，傳統熱催化動力學模型很少考慮濕度，但濕度在室內甲醛淨化領域是非常重要的參數。 本項目主要研究採用金屬氧化物催化氧化技術去除室內甲醛的性能和動力學模型。參照ASHRAE145.1標準搭建了催化劑性能測試實驗系統，可以對測試系統進行溫濕度及氣流量的準確控制， 採用乙醯丙酮分光光度法分析甲醛濃度， 進行催化劑的淨化效率測試。研究首先通過材料初選確定典型過渡金屬氧化物銅錳催化劑（CuO-MnO2）為研究對象。為研究催化反應機理，淨化傳質過程中催化劑內、外擴散的影響通過使用小粒徑催化劑、增加線速度方式消除。分別在25℃、60℃、120℃、180℃四個溫度下進行了甲醛進氣濃度200-1000ppb和濕度6-98%RH（25℃時）對反應速率的影響實驗。25℃工況用以研究典型室溫條件催化效果，60~180℃工況用以表征溫度影響和反應活化能、吸附平衡常數等參數。為建立反應速率的預測模型，將實驗數據分別擬合First order、L-H、E-R、MVK模型。擬合時首先考慮濃度單參數情形，得到擬合模型。然後推導濃度和濕度雙參數模型，並進行數據擬合。最後加入溫度的影響，得到考慮濃度、濕度、溫度三參數的甲醛催化反應速率的預測模型。 本研究有以下發現：（1）銅錳催化劑在典型室內條件下的甲醛轉化率約為20-30%；（2）甲醛轉化率隨著溫度的升高而增大，增至180℃後轉化率保持在95%以上；（3）甲醛轉化率在低溫下受進氣濃度和濕度的影響顯著，25℃工況下典型室內甲醛濃度和濕度範圍內轉化率變化2~3倍；（4）考慮競爭吸附的L-H模型可以最好地描述反應過程；（5）開發了考慮濃度、濕度、溫度三參數的甲醛催化反應速率的預測模型，預測結果與實驗數據吻合良好。這些結論可用於評估熱催化空氣淨化器在典型室內環境下套用的可行性和為設計基於填充層反應器的熱催化空氣淨化器提供參考。
