梁文俊，郭書清，武紅梅，李堅(jiān)，何洪

（北京工業(yè)大學(xué)區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124）

非熱等離子體協(xié)同Mn-Ce/La/γ-Al2O3催化劑去除甲苯

梁文俊，郭書清，武紅梅，李堅(jiān)，何洪

（北京工業(yè)大學(xué)區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124）

采用自制線管式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，針對非熱等離子體協(xié)同Mn-Ce/La/γ-Al2O3催化劑對低濃度甲苯的去除開展研究。研究中制備了Mn/γ-Al2O3、Mn-Ce/γ-Al2O3、Mn-La/γ-Al2O3催化劑，從甲苯去除率、產(chǎn)物O3生成、COx選擇性及其他副產(chǎn)物生成情況考察比較了空管放電、協(xié)同催化劑放電時(shí)催化降解甲苯性能，并對催化劑進(jìn)行了BET、SEM、H2-TPR和ICP-OES表征研究。結(jié)果表明：稀土助劑的加入有助于提高甲苯去除率及降低程度，且La催化性能優(yōu)于Ce.，當(dāng)外加電壓22 kV、氣量6 L·min-1、甲苯初始濃度600 mg·m-3時(shí)，Mn-La/γ-Al2O3催化劑對甲苯去除率達(dá)到72.74%。H2-TPR結(jié)果表明，稀土助劑的加入提高了催化劑低溫活性及儲(chǔ)氧能力，添加La的效果優(yōu)于Ce。催化劑有助于抑制副產(chǎn)物O3生成，提高CO2和COx選擇性。

非熱等離子體；甲苯；Mn-Ce/La/γ-Al2O3；臭氧；COx

引 言

揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）作為大氣污染的主要污染物之一，成分復(fù)雜且種類繁多，是城市光化學(xué)煙霧前體物，不僅嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境，也給人類身體健康造成巨大的危害。我國十三五規(guī)劃綱要明確提出將VOCs納入總量控制指標(biāo)，強(qiáng)化了國家及地方VOCs控制。因此，如何高效防治VOCs已成為近年來廣大學(xué)者的研究重點(diǎn)。

傳統(tǒng)VOCs的處理方法，如催化氧化法、吸收法、吸附法、光催化氧化法、膜分離法、等離子體法等，均存在處理效率低、能耗大、工藝復(fù)雜、運(yùn)行成本高和產(chǎn)生二次污染等不同程度的缺點(diǎn)[1-2]，為了克服上述不足，近年來，等離子體協(xié)同催化技術(shù)去除VOCs受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。等離子體催化技術(shù)原理主要有兩方面：催化劑可以富集較多的分子、活性粒子，中間產(chǎn)物，增加停留時(shí)間、碰撞概率；等離子體場中的活性粒子會(huì)改變催化劑表面的吸附能力，降低催化劑的活化能，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行[3]。

目前該領(lǐng)域研究較為廣泛的主要有鐵電體材料、光催化劑、貴金屬及非貴金屬氧化物催化劑[4-11]。Ogata等[12]研究了介質(zhì)阻擋放電協(xié)同不同鐵電體材料對苯的降解效果的差異，結(jié)果顯示，相對介電常數(shù)?r≥1100且直徑為1～2 mm的介電材料對苯的效果最佳。Sun等[13]采用等離子體協(xié)同光催化降解甲苯，結(jié)果顯示，光催化TiO2的加入有效提高了甲苯去除率，同時(shí)減少了反應(yīng)過程中的副產(chǎn)物。Kim等[14]考察了低溫等離子體結(jié)合活性組分為Pt、Au、Pb、Ag等貴金屬的負(fù)載型催化劑對甲苯和苯的去除，結(jié)果顯示，貴金屬的加入在不同程度上提高等離子體催化降解污染物的效率及其礦化程度。貴金屬催化劑價(jià)格昂貴，資源短缺，易中毒失活，限制其工業(yè)應(yīng)用。正是基于這些認(rèn)識(shí)，近年來催化活性較強(qiáng)、價(jià)格較為廉價(jià)的非貴金屬受到越來越多學(xué)者的關(guān)注，如Mn、Fe、Ni、Cu、Co等過渡金屬，其中具有良好氧流動(dòng)性和O3分解能力的MnOx得到更廣泛的關(guān)注[15-19]。Futamura等[20]研究等離子體結(jié)合TiO2、MnOx去除苯，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MnOx可以有效地分解O3，其甲苯去除率和分解能力都高于TiO2。吳軍良等[21]聯(lián)合等離子體和 MnOx、FeOx、CuOx去除甲苯，結(jié)果表明 MnOx的甲苯去除率最高，O3分解性能最佳，且Mn的最佳負(fù)載量為1%。基于以上特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)選取 Mn作為復(fù)合催化劑的主催化劑。

目前，針對在Mn基上摻入稀土金屬，尤其是具有良好儲(chǔ)氧性能的Ce的研究，主要集中在VOCs和碳煙的催化氧化[22-23]，協(xié)同等離子體處理 VOCs的研究較少。許多研究指出[24]，稀土金屬具有特殊的4f電子結(jié)構(gòu)，有一定的儲(chǔ)氧能力，能提高催化劑的催化活性。本研究在Mn基上引入稀土助劑Ce、La，聯(lián)合低溫等離子體去除甲苯，以達(dá)到進(jìn)一步提高甲苯去除率、減少中間產(chǎn)物的目的，同時(shí)探究催化劑類型、負(fù)載量等因素對甲苯降解性能影響，考察副產(chǎn)物生成情況。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要包括配氣系統(tǒng)、自制線管式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器（DBD反應(yīng)器）、氣體檢測3部分。其中DBD反應(yīng)器為石英管，外徑31 mm，內(nèi)徑29 mm，管長400 mm，有效放電區(qū)長度為100 mm，選用0.8 mm鎢絲為高壓極，采用絕緣方式固定于石英管中央，纏繞在反應(yīng)器外壁的鐵絲為接地極。采用變頻高壓交流電源（武漢三鑫華泰電氣測試設(shè)備有限公司），通過YDJ型自耦變壓器調(diào)節(jié)交流電壓的高低，通過 HTC型控制臺(tái)控制輸出的電壓、頻率，電壓范圍為0～100 kV，頻率范圍為50～500 Hz。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig. 1 Schematic diagram of experimental system

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)氣量6.0 L·min-1（D07-19A/ZM型質(zhì)量流量控制器，北京七星華創(chuàng)股份有限公司），空速5093 h-1，甲苯初始濃度600 mg·m-3（S49-32B/MT型質(zhì)量流量控制器，北京匯博隆儀器有限公司），反應(yīng)管內(nèi)填充不同催化劑，在固定頻率（150 Hz）不同電壓下放電。

本實(shí)驗(yàn)選用Φ3～5 mm的γ-Al2O3顆粒為載體，用 浸 漬 法 制 備 Mn/γ-AlO3、 Mn-Ce/γ-Al2O3、Mn-La/γ-Al2O3催化劑。將γ-Al2O3載體浸入定量前驅(qū)體溶液中，于超聲中持續(xù)攪拌一定時(shí)間后，110℃烘干2 h，再于馬弗爐中180℃焙燒1 h，500℃焙燒3 h，最后置于干燥器中降至室溫備用[1,25-27]。

1.3 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用 HP6890N型氣相色譜儀測定甲苯濃度，六通閥進(jìn)樣，以甲苯的去除率η作為甲苯凈化效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，其計(jì)算公式為

式中，c1、c2為甲苯的進(jìn)出口濃度，mg·m-3。

采用美國2B公司106-M型O3分析儀測定尾氣O3濃度，單位mg·m-3。

采用美國Thermo公司NICOLETis5型紅外分析儀測定尾氣CO和CO2濃度，單位mg·m-3，根據(jù)式(2)計(jì)算COx產(chǎn)率

式中，c1、c2為甲苯的進(jìn)出口濃度，mg·m-3；cCO2、cCO為出口CO2和CO濃度，mg·m-3。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑表征

2.1.1 催化劑BET表征 表1列出了4種材料比表面積的測定結(jié)果。可以看出，負(fù)載活性組分后的催化劑比表面積有所降低，表明載體中較大的孔道已被活性組分占據(jù)，且添加助劑Ce和La的催化劑比表面積最小，表明助劑Ce和La也已經(jīng)較好地負(fù)載于小球表面，最終增加了甲苯催化氧化的反應(yīng)位，從而有效降解甲苯。

2.1.2 催化劑的 SEM 表征 為了觀察活性組分在載體表面負(fù)載情況以及催化劑表面形貌，研究中選取了γ-Al2O3小球原樣和較優(yōu)Mn-La/γ-Al2O3催化劑進(jìn)行了掃描電鏡分析，結(jié)果如圖2所示。

從圖 2中可看出，未負(fù)載活性組分的 γ-Al2O3小球表面有較多較大的凹陷處，而負(fù)載活性組分后，這些較大的凹陷被活性組分占據(jù)而呈現(xiàn)凸起狀，從而增大了甲苯催化反應(yīng)活性中心數(shù)量，有效提高甲苯催化氧化效率。

2.1.3 催化劑的H2-TPR表征 通過H2-TPR（彼奧德電子，PCA-1200化學(xué)吸附分析儀）表征催化劑的氧化還原能力，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯c單Mn催化劑相比，添加稀土助劑Ce、La后，還原峰向低溫方向偏移，還原峰面積有所增加，表明稀土助劑的加入提高了催化劑的低溫活性，增加了催化劑儲(chǔ)氧量[28]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，與加入助劑Ce相比，加入助劑 La后，還原峰溫度進(jìn)一步向低溫移動(dòng)且還原峰變得尖銳，說明助劑 La的加入提高了催化劑低溫活性，且提高了各活性組分的分散度，使還原性能趨向均一化[29]。

圖2 不同催化劑負(fù)載后的掃描電鏡照片F(xiàn)ig. 2 SEM of different catalysts after loading on γ-Al2O3

圖3 催化劑H2-TPR譜圖Fig.3 H2-TPR profiles of catalysts

2.1.4 催化劑的 ICP-OES表征 為了準(zhǔn)確測定催化劑上活性組分的實(shí)際含量，本試驗(yàn)選取催化效率較優(yōu)的 1%Mn-1%La/γ-Al2O3進(jìn)行了 ICP-OES（型號(hào)IRIS Intrepid ER/S，美國Thermo Elemental廠家）測試，測試兩個(gè)平行樣，取其平均值為測定結(jié)果，列于表2。

表2 催化劑測試結(jié)果Table 2 Analytical result of catalyst

由表2可以看出，元素的實(shí)際負(fù)載量均低于理論負(fù)載量 1%，推測原因可能是催化劑制備或樣品預(yù)處理過程中的一些因素或操作使活性組分產(chǎn)生一定量流失。

2.2 催化劑類型對甲苯降解性能的影響

研究中考察了不同類型催化劑協(xié)同非熱等離子體對甲苯降解性能。比較了空管反應(yīng)器（單獨(dú)等離子體）和催化反應(yīng)器（等離子體協(xié)同催化）的降解性能，并考察了 γ-Al2O3、Mn/γ-Al2O3（Mn 的摻雜量為 1%）、Mn-Ce/γ-Al2O3（Mn和 Ce的摻雜量均為 1%）、Mn-La/γ-Al2O3（Mn 和 La的摻雜量均為1%）4種材料對甲苯去除性能的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 催化劑對甲苯去除的影響Fig. 4 Effect of catalyst on toluene removal

從圖4可以看出，甲苯去除率隨電壓升高而升高，催化劑反應(yīng)器對甲苯去除率均高于空管反應(yīng)器。在實(shí)驗(yàn)電壓范圍內(nèi)，甲苯去除率順序由高到低依次是 ： Mn-La/γ-Al2O3＞Mn-Ce/γ-Al2O3＞Mn/γ-Al2O3＞γ-Al2O3＞空管，當(dāng)電壓22 kV時(shí)，催化劑Mn-La/γ-Al2O3、Mn-Ce/γ-Al2O3、Mn/γ-Al2O3、γ-Al2O3和空管時(shí)甲苯去除率分別是 72.74%、71.23%、69.17%、64.02%、17.00%，表明催化劑的加入有利于甲苯去除。

可以看出，負(fù)載不同活性組分催化劑的反應(yīng)器在低電壓和高電壓下對甲苯去除率差別不大，而在18 kV和20 kV下，去除率差別相對較大，說明在此實(shí)驗(yàn)條件下，催化劑發(fā)揮了較明顯的作用。添加稀土助劑使催化劑的催化性能略微提高，且添加助劑La后甲苯去除率提高較添加Ce明顯，與H2-TPR結(jié)果相一致。此外，La與Ce相比，La離子的氧化價(jià)態(tài)沒有Ce的氧化價(jià)態(tài)多，但La離子的離子半徑比Ce3+、Ce4+大，摻雜適量的La更利于Mn晶格發(fā)生膨脹和畸變，最終影響氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行[30]。

2.3 催化劑負(fù)載量對甲苯降解性能的影響

2.3.1 Mn/γ-Al2O3催化劑負(fù)載量對甲苯降解性能的影響 本研究先對 Mn/γ-Al2O3催化劑的最佳負(fù)載量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。

圖5 Mn/γ-Al2O3催化劑負(fù)載量對甲苯去除的影響Fig. 5 Effect of Mn/γ-Al2O3catalyst loading on toluene removal

如圖5所示，實(shí)驗(yàn)電壓范圍內(nèi)，這5種不同負(fù)載量的 Mn/γ-Al2O3催化劑中，1%Mn/γ-Al2O3、3%Mn/γ-Al2O3、 5%Mn/γ-Al2O3催 化 劑 優(yōu) 于0%Mn/γ-Al2O3催化劑，7%Mn/γ-Al2O3的甲苯去除率低于 0%Mn/γ-Al2O3催化劑。1%Mn/γ-Al2O3、3%Mn/γ-Al2O3、5%Mn/γ-Al2O3催化劑甲苯去除率相差不大，其中1%Mn/γ-Al2O3在低電壓時(shí)效果較優(yōu)，故在此催化劑材料上開展稀土助劑對催化活性的影響研究。

2.3.2 Mn-La/γ-Al2O3催化劑負(fù)載量對甲苯降解性能的影響 通過 2.3.1節(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到 1%Mn/γ-Al2O3催化劑效果較優(yōu)，并根據(jù)2.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)得到添加助劑 La效果優(yōu)于 Ce的結(jié)果，繼續(xù)考察了在1%Mn/γ-Al2O3基礎(chǔ)上添加 La，確定催化劑Mn-La/γ-Al2O3的最佳負(fù)載量，結(jié)果如圖6所示，從圖中看出不同 La負(fù)載量甲苯去除較為接近，故將具體數(shù)據(jù)列出，見表3。

圖6 催化劑負(fù)載量對甲苯去除的影響Fig. 6 Effect of catalyst loading on toluene removal

表3 催化劑負(fù)載量對甲苯去除的影響Table 3 Effect of catalyst loading on toluene removal

從圖6及表3可以看出，助劑La的最佳摻雜量是1%，即1%Mn-1%La/γ-Al2O3為最佳催化劑，但 與1%Mn-0.5%La/γ-Al2O3和1%Mn-1.5%La/γ-Al2O3催化劑甲苯去除率相差不大。外加電壓 22 kV時(shí)，上述 4種催化劑對甲苯去除從高到低依次是： 1%Mn-1%La/γ-Al2O3＞1%Mn-0.5%La/γ-Al2O3＞1%Mn-1.5%La/γ-Al2O3＞1%Mn/γ-Al2O3，去除率分別為73.21%、72.74%、72.16%、69.17%。

在 1%Mn/γ-Al2O3的催化劑基礎(chǔ)上添加助劑La，甲苯去除率有一定提高，尤其是在實(shí)驗(yàn)電壓為18、20 kV時(shí)最明顯。實(shí)驗(yàn)電壓 18 kV 時(shí)，1%Mn-1%La/γ-Al2O3催化劑甲苯去除率為43.49%，1%Mn/γ-Al2O3催化劑甲苯去除率為 37.98%，去除率提高5.51%；實(shí)驗(yàn)電壓20 kV時(shí)，前者甲苯去除率為 58.43%，后者甲苯去除率為 54.54%，去除率提高3.89%。

2.4 產(chǎn)物生成分析

2.4.1 O3生成分析 O3生成是等離子體去除VOCs技術(shù)中應(yīng)重點(diǎn)考察的問題之一。本實(shí)驗(yàn)在空氣氣氛下放電，就不可避免會(huì)產(chǎn)生O3。在1.2節(jié)所述的實(shí)驗(yàn)條件下，測定5種類型反應(yīng)器放電催化降解甲苯過程中副產(chǎn)物O3濃度，結(jié)果如圖7所示。

圖7 催化劑對O3生成量的影響Fig.7 Effect of catalyst on ozone generation amounts

從圖7可以看出，在12～20 kV電壓范圍內(nèi)，幾種反應(yīng)器的O3生成濃度關(guān)系為：γ-Al2O3反應(yīng)器＞空管反應(yīng)器＞ Mn-La/γ-Al2O3反應(yīng)器＞ Mn-Ce/γ-Al2O3反應(yīng)器＞Mn/γ-Al2O3反應(yīng)器。高壓放電時(shí)，γ-Al2O3填料被極化，產(chǎn)生的活性粒子比同條件下空管多，因此在一定電壓范圍內(nèi)，γ-Al2O3反應(yīng)器尾氣中O3濃度大于空管時(shí)產(chǎn)生O3濃度[31]。

負(fù)載 Mn-Ce/γ-Al2O3與負(fù)載Mn-La/γ-Al2O3反應(yīng)器在12～22 kV電壓范圍內(nèi)，隨電壓升高O3濃度先升高后緩慢降低（即在20 kV時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)），22 kV時(shí)均低于其他3種反應(yīng)器。文獻(xiàn)[32-33]指出，氧原子的活性高于O3活性，而且與甲苯的反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于 O3，分解的 O3越多，產(chǎn)生的活性氧也就越多，就有更多的活性氧參與到甲苯的降解中，提高甲苯降解率，同時(shí)降低O3濃度[34]。因此，放電強(qiáng)度一定的前提下，催化劑分解能力與催化劑降解甲苯能力正相關(guān)[35]。本研究中，結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，加入助劑Ce、La，進(jìn)一步提高了O3分解能力，降低O3濃度，強(qiáng)化甲苯降解。

2.4.2 COx生成及選擇性分析 對于 VOCs的降解，產(chǎn)物中COx生成量反映了VOCs的降解程度，其濃度越大表明VOCs降解越徹底。實(shí)驗(yàn)采用室內(nèi)空氣為背景氣，考慮到空氣本身就有一定量CO2和微量CO，故采取多次檢測空氣中CO2和CO背景濃度，取多次檢測的平均值，并將放電產(chǎn)生的尾氣中CO2和CO扣除此背景值，從而得到實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)。本文比較了放電電壓22 kV時(shí)，5種類型反應(yīng)器放電催化降解甲苯過程中CO2選擇性和COx選擇性，結(jié)果如圖8所示。

圖8 催化劑對COx、CO2濃度的影響Fig. 8 Effect of catalyst on COxand CO2concentration

圖8所示，5種類型反應(yīng)器分別是空管（1）、負(fù)載 γ-Al2O3反應(yīng)器（2）、負(fù)載 Mn/γ-Al2O3反應(yīng)器（3）、負(fù)載 Mn-Ce/γ-Al2O3反應(yīng)器（4）、負(fù)載Mn-La/γ-Al2O3反應(yīng)器（5）。從圖8可以看出，非熱等離子體協(xié)同催化劑放電作用時(shí)的CO2、COx選擇性均明顯高于單一非熱等離子體放電作用時(shí)的選擇性，反應(yīng)器1～5 COx選擇性依次是25.85%、51.24%、33.40%、33.08%、43.47%。Mn、Ce、La催化劑的加入，明顯提高了甲苯的降解程度，且助劑 La較Mn和Ce更有助于甲苯降解，這與甲苯去除率的高低順序相符。

從圖 8還可以看出，負(fù)載γ-Al2O3反應(yīng)器放電時(shí)的CO2、COx選擇性最大。分析其原因可能是：負(fù)載γ-Al2O3反應(yīng)器放電，γ-Al2O3填料被極化，較空管放電產(chǎn)生的活性粒子多，故 CO、CO2濃度大于空管時(shí)的濃度；結(jié)合圖7分析，當(dāng)放電電壓22 kV時(shí)，負(fù)載 γ-Al2O3反應(yīng)器放電時(shí)的 O3濃度是負(fù)載Mn/γ-Al2O3、Mn-Ce/γ-Al2O3、Mn-La/γ-Al2O3反應(yīng)器放電時(shí)O3濃度的3倍多，這些高濃度的O3將一些易被氧化的中間產(chǎn)物氧化成COx，從而導(dǎo)致直接作用于甲苯的O3量減少，最終導(dǎo)致此時(shí)反應(yīng)器的CO、CO2濃度最高，甲苯去除率最低。

2.4.3 產(chǎn)物紅外分析 圖9為電壓22 kV時(shí)空管放電和協(xié)同Mn-La/γ-Al2O3放電的尾氣紅外分析圖。

對比兩者尾氣的紅外圖，發(fā)現(xiàn)出峰位置基本一致，只有空管放電在1050 cm-1附近有O3吸收峰，而協(xié)同Mn-La/γ-Al2O3催化劑放電的紅外圖中O3吸收峰不明顯，表明前者在此實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)生的 O3濃度大于后者，這與2.4.1節(jié)描述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。圖中波數(shù)667 cm-1和2349 cm-1附近主要是CO2吸收峰，1500 cm-1附近主要是烯烴的吸收峰，1680 cm-1附近主要是醛和酮類的吸收峰，2933 cm-1附近主要是烷烴的吸收峰，3614 cm-1附近主要是醇類的吸收峰，3756 cm-1附近主要是H2O的吸收峰。通過分析尾氣的紅外圖可以看出，降解甲苯過程中產(chǎn)生了許多中間產(chǎn)物，這也是CO2、COx選擇性不高的主要原因，同時(shí)可以看出負(fù)載催化劑反應(yīng)器較空管反應(yīng)器的甲苯降解程度有一定提高。

圖9 氣體副產(chǎn)物紅外分析圖Fig. 9 Infrared analysis diagram of gas by-products

3 結(jié) 論

（1）稀土助劑Ce、La的加入提高了催化劑低溫活性及儲(chǔ)氧能力，添加La的效果優(yōu)于Ce。

（2）非熱等離子體協(xié)同負(fù)載型催化劑降解甲苯效率高于單一等離子體，同時(shí)非熱等離子體與加入的助劑 Ce、La發(fā)生一定協(xié)同作用，在一定程度上加快O3催化分解生成高活性氧原子，進(jìn)一步提高甲苯去除率，降低O3濃度。

（3）非熱等離子體協(xié)同稀土催化劑使甲苯的降解程度有所提高，但降解過程中仍產(chǎn)生一些中間產(chǎn)物。

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Removal of toluene using non-thermal plasma coupled with Mn-Ce/La/γ-Al2O3catalysts

LIANG Wenjun, GUO Shuqing, WU Hongmei, LI Jian, HE Hong
(Key Laboratory of Beijing on Regional Air Pollution Control, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

The removal of low concentrations of toluene using non-thermal plasma (NTP) coupled with Mn-Ce/La/γ-Al2O3catalysts was investigated in this study. Mn/γ-Al2O3catalyst, Mn-Ce/γ-Al2O3catalyst and Mn-La/γ-Al2O3catalyst were prepared for the experiment. The removal efficiency of toluene, generation of O3,COxselectivity for different reactors were studied. The catalysts were characterized by BET, SEM, H2-TPR and ICP-OES. The results showed that the rare earth catalysts could effectively improve the removal efficiency of toluene and the degree of mineralization. Mn-La/γ-Al2O3had the better catalytic performance than Mn-Ce/γ-Al2O3.The removal efficiency of toluene for the Mn-La/γ-Al2O3catalyst was 72.74% under the initial concentration of toluene of 600 mg·m-3, discharge voltage of 22 kV and gas flow rate of 6 L·min-1. Moreover, H2-TPR results indicated that the low-temperature activity and capability of O3adsorption enhanced with the loading of rare earth catalysts. The catalysts were contributed to the decomposition of O3and the enhancement of selectivity of CO2and COx.

non-thermal plasma; toluene; Mn-Ce/La/γ-Al2O3; ozone; COx

date:2016-11-23.

GUO Shuqing, gsq1018@163.com

supported by the National Natural Science Foundation of China(21307003) and Beijing Natural Science Foundation(8162009).

X 511

A

0438—1157（2017）07—2755—08

10.11949/j.issn.0438-1157.20161656

2016-11-23收到初稿，2017-02-23收到修改稿。

聯(lián)系人：郭書清。

梁文俊（1978—），男，副教授。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21307003）；北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（8162009）。