室温催化氧化去除气态氨

【作者】 闫彩； 侯峥； 柳丽芬；

【机构】 大连理工大学食品与环境学院；

【摘要】 氨气是主要的恶臭污染物之一,来源于农业上大量施用氮肥和不断扩大的禽畜养殖业以及城市周边工业的氨排放与含防冻添加剂的装饰材料的氨释放等。氨污染对环境和人类健康产生一系列负面影响。最近的研究表明,空气中排放的二氧化硫、氮氧化物被氧化后,与过量氨气反应生成的硫酸铵、硝酸铵颗粒物是二次颗粒物的主要成分。故氨气是导致雾霾和颗粒物形成的重要诱因之一。因此,开发一种消除氨污染的有效方法至关重要。传统净化氨气技术难以满足实际需求,室温可行度低。催化氧化是去除氨气最有前途的方法之一。本研究中采用光电催化和光电催化活化过硫酸盐两种不同机理的催化氧化体系在室温下降解100ppm氨气,两者在短时间内均达到了较好的去除效果。这为利用催化氧化原理降解其他空气污染物如VOCs提供了参考和思路,为治理臭气污染提供科学基础。在本研究中,通过简单的溶胶-凝胶法将Sn掺杂到V₂O₅中,并用于催化降解氨气。Sn-V₂O₅催化剂在室温下对氨气的降解表现出优越的催化活性和稳定性。将8mg Sn-V₂O₅催化剂负载到不锈刚网上,研究了不同掺杂比例的催化剂在PC,EC,PEC以及PMFC四种不同的体系对反应器中氨气的降解性能。研究结果表明,Sn-V₂O₅催化剂活性随着Sn含量的提高呈现先上升后下降的趋势,其中1%Sn-V₂O₅具有最高的氨气去除性能。本研究巧妙的利用光、电、微生物这三个激发要素,提高了催化剂降解氨气的性能,其中耦合微生物体系的降解氨气的效果最佳,去除率达到了99.26%。另外,我们还将用于处理水中污染物的活化过硫酸盐技术首次应用到大气治理中。采用过渡金属催化剂活化过硫酸盐产生具有相对高氧化电位的SO4·-自由基,使反应器中的有毒氨气发生反应,从而被去除。通过共沉淀法合成CuO-Co₃O₄催化材料,过硫酸盐采用溶液蒸发浓缩的方法成功负载到CuO-Co₃O₄催化活化光阴极膜上,铜棒在电解质中腐蚀做阳极,二者通过质子交换膜传导构成PEC体系。该体系对氨气的去除效果最佳,为92.8%,表明在光电耦合下对过硫酸盐的活化有协同促进作用。并且在外电阻为1000Ω时,外电阻两端的电压可达到0.909V,同时电路中的电流可达到189.1μA。在这项研究中,基于催化氧化机理构建的两种体系对氨气均有很好的去除效果,不仅为实现室温高效氨气降解提供了新方法,而且为其他污染物的气固两相反应提供了平台。更多还原