【摘要】用微反裝置研究了低濃度活性氧（O3）催化劑氧化態(tài)和還原態(tài)的催化活性。對催化劑進行了XRD、TPD和TPR表征，并對反應(yīng)機理進行了探討。結(jié)果表明，氧化態(tài)低濃度活性氧（O3）催化劑的氧化性能優(yōu)于其還原態(tài)，且具有相同的催化機理；氧化態(tài)低濃度活性氧（O3）催化劑的氧化性能遜于其還原態(tài)，主要是由不同的催化機理所致。
　　【關(guān)鍵詞】低濃度活性氧；金屬材料；純鐵粉；氧化性
　　背景與目的：
　　低濃度活性氧（0.08-0.1ppm）對空氣中的細菌等微生物等有較好的殺滅抑制作用，還能對車廂等公共較封閉空間內(nèi)的空氣起到清新凈化作用。但是由于活性氧有比較強的氧化性，低濃度活性氧對材料特別是金屬材料的氧化能力需要通過相應(yīng)的實驗來進行考證。通過空氣氣氛、較高濃度活性氧氣氛、低濃度活性氧氣氛的對比實驗，對鐵粉進行24小時/48小時/72小時的連續(xù)氧化實驗。
　　
　　原理：
　　金屬鐵在一定溫度和濕度的氧化氣氛中，被氧氣和活性氧氧化，生成Fe2O3或Fe2O3•nH2O。將部分被氧化的鐵粉與稀鹽酸反應(yīng)，生成Fe2+與Fe3+的混合酸性溶液。
　　選用磺基水楊酸（簡寫為H3R）與Fe3+形成的配位平衡體系，H3R和Fe3+等試劑與配合物的吸收光譜不重合，因此可用分光光度法測定。但由于配位反應(yīng)：

                                
　　在pH=2~3時,4~9時，9~11時，二者可形成三種顏色不同、組成不同的配離子。本實驗是測定pH=2~3時形成的紅褐色磺基水楊酸鐵配離子的濃度，通過加入一定量的HCl來控制溶液的pH值。配合物的λmax=500nm。通過分光光度法測出Fe3+離子濃度，從而得出金屬鐵的氧化情況。
　　
　　儀器和試劑：
　　分析純鐵粉
　　1.5M3密封氣氛箱
　　0.4mg/h活性氧發(fā)生器（深圳清華大學(xué)研究院研發(fā)）
　　8mg/h活性氧發(fā)生器（深圳清華大學(xué)研究院研發(fā)）
　　0.1mol/L稀鹽酸
　　紫外/可見分光光度計（UV2450日本島津）
　　酸度計
　　UV100型活性氧檢測器（美國Spector）
　　25ml比色管若干只
　　0.0100mol/LFe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取0.4822gNH4Fe(SO4)2·12H2O，以0.025mol/LHCl溶解后，移入100ml容量瓶中，以0.025mol/LHCl稀至刻度，搖勻。
　　0.0100mol/L5-磺基水楊酸：稱取0.2542g磺基水楊酸，以0.025mol/LHCl溶解后，移入100ml容量瓶中，以0.025mol/LHCl稀至刻度，搖勻。
　　0.025mol/LHCl：2.2ml70%HCl稀至1000ml，搖勻。
　　
　　實驗步驟：
　　1．標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：
　　分別加入0、1ml、2ml、3ml0.01mol/LFe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液到25ml比色管中，加入0.6ml磺基水楊酸溶液,用蒸餾水稀釋至18ml,搖勻,用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)溶液酸度為pH=3后,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,置于20°C水浴中加熱10min,取出,在500nm處,用1cm比色皿,以試劑空白為參比溶液,測定吸光度,得到Fe3+濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線。
　　2．空氣中48小時氧化反應(yīng)：
　　準(zhǔn)確稱取2.000g鐵粉，將鐵粉均勻分散于托盤上的濾紙上，置于密封氣氛箱內(nèi)，在20℃、濕度40%的條件下，放置48小時后取出鐵粉，用200ml1：1鹽酸溶解，用蒸餾水稀釋至500ml后定容，加入溶解后樣品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水楊酸溶液,用蒸餾水稀釋至18ml,搖勻,用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)溶液酸度為pH=3后,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,置于20°C水浴中加熱10min,取出,在500nm處,用1cm比色皿,以試劑空白為參比溶液,平行測定吸光度2次，得到吸光度值A(chǔ)1、A2；
　　3．空氣中72小時氧化反應(yīng)：
　　準(zhǔn)確稱取2.000g鐵粉，將鐵粉均勻分散于托盤上的濾紙上，置于密封氣氛箱內(nèi)，在20℃、濕度40%的條件下，放置72小時后取出鐵粉，用200ml1：1鹽酸溶解，用蒸餾水稀釋至500ml后定容，加入溶解后樣品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水楊酸溶液,用蒸餾水稀釋至18ml,搖勻,用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)溶液酸度為pH=3后,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,置于20°C水浴中加熱10min,取出,在500nm處,用1cm比色皿,以試劑空白為參比溶液,平行測定吸光度2次，得到吸光度值A(chǔ)3、A4；
　　4．低濃度活性氧氣氛中48小時氧化反應(yīng)：
　　準(zhǔn)確稱取2.000g鐵粉，將鐵粉均勻分散于托盤上的濾紙上，置于密封氣氛箱內(nèi)，通入活性氧，通過檢測器校準(zhǔn)密封氣氛箱內(nèi)空氣中活性氧濃度為0.06ppm，在20℃、濕度40%的條件下，放置48小時后取出鐵粉，用200ml1：1鹽酸溶解，用蒸餾水稀釋至500ml后定容，加入溶解后樣品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水楊酸溶液,用蒸餾水稀釋至18ml,搖勻,用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)溶液酸度為pH=3后,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,置于20°C水浴中加熱10min,取出,在500nm處,用1cm比色皿,以試劑空白為參比溶液,平行測定吸光度2次，得到吸光度值A(chǔ)5、A6；
　　5．低濃度活性氧氣氛中72小時氧化反應(yīng)：
　　準(zhǔn)確稱取2.000g鐵粉，將鐵粉均勻分散于托盤上的濾紙上，置于密封氣氛箱內(nèi)，通入活性氧，通過檢測器校準(zhǔn)密封氣氛箱內(nèi)空氣中活性氧濃度為0.06ppm，在20℃、濕度40%的條件下，放置72小時后取出鐵粉，用200ml1：1鹽酸溶解，用蒸餾水稀釋至500ml后定容，加入溶解后樣品10ml到，移入25mL比色管中,加入0.6mL磺基水楊酸溶液,用蒸餾水稀釋至18ml,搖勻,用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)溶液酸度為pH=3后,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,置于20°C水浴中加熱10min,取出,在500nm處,用1cm比色皿,以試劑空白為參比溶液,平行測定吸光度2次，得到吸光度值A(chǔ)7、A8；
　　6．高濃度活性氧氣氛中48小時急性氧化反應(yīng)：
　　準(zhǔn)確稱取2.000g鐵粉，將鐵粉均勻分散于托盤上的濾紙上，置于密封氣氛箱內(nèi)，通入活性氧，通過檢測器校準(zhǔn)密封氣氛箱內(nèi)空氣中活性氧濃度為2ppm，在20℃、濕度40%的空氣情況下，放置48小時后取出鐵粉，用200ml1：1鹽酸溶解，用蒸餾水稀釋至500ml后定容，加入溶解后樣品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水楊酸溶液,用蒸餾水稀釋至18ml,搖勻,用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)溶液酸度為pH=3后,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,置于20°C水浴中加熱10min,取出,在500nm處,用1cm比色皿,以試劑空白為參比溶液,平行測定吸光度2次，得到吸光度值A(chǔ)9、A10；
　　7．高濃度活性氧氣氛中72小時急性氧化反應(yīng)：
　　準(zhǔn)確稱取2.000g鐵粉，將鐵粉均勻分散于托盤上的濾紙上，置于密封氣氛箱內(nèi)，通入活性氧，通過檢測器校準(zhǔn)密封氣氛箱內(nèi)空氣中活性氧濃度為2ppm，在20℃、濕度40%的空氣情況下，放置72小時后取出鐵粉，用200ml1：1鹽酸溶解，用蒸餾水稀釋至500ml后定容，加入溶解后樣品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水楊酸溶液,用蒸餾水稀釋至18ml,搖勻,用鹽酸和氨水調(diào)節(jié)溶液酸度為pH=3后,用蒸餾水定容至刻度,搖勻,置于20°C水浴中加熱10min,取出,在500nm處,用1cm比色皿,以試劑空白為參比溶液,平行測定吸光度2次，得到吸光度值A(chǔ)11、A12。
　　
　　試驗數(shù)據(jù)
　　1.標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)記錄
　　              　　
　　　　
　　2．樣品吸光度數(shù)據(jù)記錄
　　              
　　結(jié)果與討論
　　將各個實驗的吸光度求出平均值，通過對照標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以得出相應(yīng)的Fe3+濃度,通過對比各個實驗的Fe3+濃度，可以得出各個實驗中2.0g鐵粉的被氧化率：
　　
　　　　
　　
　　　　
　　從上述表格中可以看出，純鐵粉在空氣中的氧化非常緩慢，在0.06ppm低濃度活性氧氣氛下，氧化程度可以忽略不計。在2ppm的高濃度活性氧氣氛下急性氧化48小時，具有一定還原性的鐵粉會受到少量氧化，氧化量不超過1%。可以認為，把活性氧氣氛控制在低于國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)活性氧濃度（0.06ppm）下，不會對凈化空間內(nèi)的金屬造成氧化影響。在空調(diào)氣體輸送管道內(nèi)，活性氧濃度是凈化空間的20-30倍。實驗證明，在2ppm的高濃度下，本活性氧中央空調(diào)凈化系統(tǒng)也不會對金屬管道造成明顯影響。
　　
　　參考文獻
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