實驗室臭氧分解污染氣體實驗方案

一、實驗具體步驟

（一）實驗前期準備

實驗方案設計與參數確定

明確目標污染物種類（如 VOCs 中的甲苯、甲醛，或 NOx 等），確定初始濃度范圍（通常為 10 - 1000 ppm，根據污染物毒性和臭氧反應活性調整）。

設定臭氧濃度梯度（如 0、50、100、200 ppm），反應溫度（常溫或特定溫度，如 25 - 150℃）、濕度（如 30%、50%、70% RH）、停留時間（通過氣體流量和反應器體積計算，通常為 1 - 30 s）等關鍵參數。

制定安全預案，包括臭氧泄漏應急處理（配備臭氧檢測儀、通風櫥、防毒面具）、污染物收集處理措施。

試劑與材料準備

準備目標污染物標準氣（如甲苯標準氣，純度 99.9%）、氣源（用于臭氧發生器氣源，氧氣或干燥空氣均可）、高純氮氣（用于稀釋和吹掃，純度≥99.999%）。

若使用催化劑，需提前制備或購買催化劑（如 MnO?、TiO?、活性炭等），并進行預處理（如烘干、篩分至特定粒徑）。

設備檢查與搭建

檢查氣體鋼瓶壓力、閥門密封性，確保減壓閥正常工作。

按流程連接管路：鋼瓶→減壓閥→流量計→混合器→臭氧發生器（或反應器）→尾氣處理裝置，所有接口用密封帶密封，確保無漏氣。

校準流量計、臭氧檢測儀、氣相色譜（GC）等設備，確保數據準確性。

（二）實驗操作流程

氣體預處理與混合

開啟氮氣鋼瓶，調節流量吹掃管路 5 - 10 min，排除管路內空氣和雜質。

按比例開啟目標污染物鋼瓶和氮氣鋼瓶，通過質量流量計控制氣體流量，在混合器中充分混合，穩定 30 min 使污染物濃度達到設定值。

臭氧生成與反應

若為臭氧氧化實驗：開啟臭氧發生器（UV-M2（0-1000ppm）北京同林科技有限公司），調節氧氣流量和發生器功率，通過臭氧檢測儀（106-L或3S-J5000，北京同林科技有限公司）監測臭氧濃度，待濃度穩定后通入反應器（反應溫度、濕度通過恒溫恒濕裝置控制）。

若為催化劑臭氧分解實驗：將催化劑裝入固定床反應器（填充量根據實驗需求確定），設定反應溫度，通入含臭氧和污染物的混合氣體，記錄反應開始時間。

樣品采集與分析

反應穩定后（通常 30 min 后），通過取樣閥采集反應器進出口氣體樣品。

用氣相色譜（GC，配備 FID 或 ECD 檢測器）分析污染物濃度，用臭氧檢測儀實時監測臭氧進出口濃度，用濕度計、溫度計記錄反應條件。

按設定參數（如不同臭氧濃度、溫度、催化劑用量）重復實驗，每個條件至少平行測定 3 次，取平均值。

（三）實驗結束與收尾

停止反應與設備關閉

先關閉目標污染物鋼瓶和臭氧發生器，繼續通入氮氣吹掃管路 10 - 15 min，直至臭氧濃度降至安全值（<0.1 ppm）。

依次關閉流量計、鋼瓶閥門、恒溫恒濕裝置等設備，斷開電源。

尾氣處理與設備清洗

確保尾氣經活性炭吸附或臭氧分解器（F800臭氧尾氣分解器，北京同林科技有限公司）處理后排放，避免污染環境。

拆卸反應器，清洗管路和取樣閥，催化劑樣品密封保存待后續分析（如 XRD、XPS 表征），整理實驗臺面。

數據整理與記錄

及時整理實驗數據，計算污染物去除率、臭氧分解率（計算公式：去除率 =（進口濃度 - 出口濃度）/ 進口濃度 ×100%），繪制趨勢圖（如去除率隨臭氧濃度 / 溫度的變化曲線）。

二、推薦設備型號與參數

三、實驗總結

（一）實驗核心目標

本實驗通過控制臭氧濃度、反應條件及催化劑類型，探究臭氧對污染氣體的分解效率及影響因素，為工業廢氣中臭氧氧化技術的應用提供基礎數據支撐。

（二）關鍵結論與注意事項

關鍵結論方向

臭氧濃度與污染物去除率呈正相關，但過高臭氧可能導致二次污染（如生成 NO?）。

催化劑可顯著提升臭氧分解效率（如 MnO?基催化劑對臭氧的分解率可達 90% 以上），但需控制反應溫度避免催化劑失活。

濕度對反應的影響具有雙面性：低濕度可能抑制反應，高濕度可能稀釋反應物濃度，需針對特定污染物優化濕度條件。

注意事項

臭氧具有強氧化性和毒性，實驗需在通風櫥內進行，操作人員需佩戴防護裝備（手套、防毒面具）。

氣體管路需定期檢漏，避免臭氧泄漏危害健康或影響實驗數據。

催化劑需進行預處理和表征（如比表面積、活性組分含量分析），確保實驗重復性。

（三）應用展望

該實驗成果可用于工業廢氣處理工藝優化（如涂裝、印刷行業 VOCs 降解）、室內空氣凈化設備研發（低濃度臭氧協同催化劑除味）等領域，為綠色環保技術提供理論依據。