臭氧在金属氧化物上的分解机理VIP免费

©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net文章编号:100421656(2003)0120001205臭氧在金属氧化物上的分解机理印红玲,谢家理,杨庆良,尹臣,王艳,冯易君3(四川大学化学学院,四川成都610064)摘要:臭氧分解反应在环境科学中具有重要的理论和实际意义。本文对近期相关文献进行了综述,对臭氧在固体催化剂表面上的吸附和分解过程进行了总结,并结合我们的实验对其分解机理进行了探讨。关键词:臭氧;分解;催化剂;机理中图分类号:O643132文献标识码:AΞΞΞ低层大气中的臭氧是一种污染物,不仅对人体呼吸系统及其它生物有较大的危害,而且还是城市光化学烟雾的重要组分。国际安全与健康协会规定人们8小时处于臭氧环境中的臭氧含量阈值为0110mg/m3。因此办公环境里各种复印机、印刷机、传真机等电晕放电产生的臭氧必须经处理后才能释放。对杀菌、除臭及废水处理单元以及汽车尾气中臭氧的处理也非常重要。目前国外对臭氧分解已经开展的研究工作多限于低温,相对湿度较低(≤40%)的低浓度臭氧分解,而对常温常压、高湿度条件下(相对湿度≥90%)各种臭氧催化分解的研究则较少。本文对各种条件下O3在固体催化剂表面上分解机理进行了总结。1金属氧化物上臭氧分解机理1.1臭氧及其它氧物种在催化剂上的吸附金属氧化物上吸附氧的种类有O-、O-2、O-[1,2]3等,而能作氧化剂的有O2、O2-、O-、O2-等。金属氧化物酸碱性不同,臭氧在催化剂表面分解将产生不同的吸附物种。K.M.Bulanin等人用低温高分辩率红外技术研究了O3在酸性氧化物SiO2[3]、TiO2[4],中性氧化物CeO2[5]和碱性氧化物CaO[6]表面上的吸附。在酸性氧化物表面臭氧将首先与表面羟基氢键作用。如SiO2在80K时引入O3后羟基峰由371515cm-1位移至3670cm-1。对TiO2(锐钛矿),按其脱水程度不同则有在300K(1)抽空至1313Pa,O3与表面羟基有氢键作用;(2)抽空20分钟,p<014Pa,O3与表面Lewis酸位(配位不饱和的Ti4+离子)作用,同位素替代实验表明O3的末端氧与Ti4+形成配合物,并使O3发生了强烈的畸变;(3)在773K抽空20分钟,TiO2表面产生强Lewis酸位,O3在这些酸性位上分解:Ti�O3TiOOOTiO+O2臭氧在中性氧化物CeO2上的吸附则包括与表面羟基的氢键作用、物理吸附和化学吸附。活性位有强Lewis酸位,弱Lewis酸位以及碱性位。臭氧与表面Ce4+的作用是通过末端氧原子与Lewis酸位(强、弱)结合,其分解则主要发生在碱性氧原子上。对碱性氧化物CaO,其表面羟基不能与吡啶、氨等碱性分子等形成氢键。O3在CaO表面将与羟基发生配位。1.2不同金属氧化物上臭氧分解的活性具有O3分解催化活性的物种主要是过渡金属,碱金属和碱土金属,如Mn[7-22]、Ti[8,12,14]、Ag[8,12-14]、Pd[9]、Pt[15]、Fe[8,14,15,19]、Co[14,19]、Ni[14,15,19]、Cu[14,15]、Na[14]、K[14]、Mg[14]、Ca[14]等。它们之间也可以相互组合成二元或多元体系。G.M.Schwab[23]认为相同质量的金属和金属氧化第15卷第1期2003年2月化学研究与应用ChemicalResearchandApplicationVol.15,No.1Feb.,2003ΞΞΞ通讯联系人收稿日期:2002201212;修回日期:2002209204基金项目:国家自然科学基金(29877015);中国工程物理研究院院外基金资助项目©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net物的活性顺序为Cu