【摘要】用微反裝置研究了低濃度活性氧（O3）催化劑氧化態和還原態的催化活性。對催化劑進行了XRD、TPD和TPR表征，并對反應機理進行了探討。結果表明，氧化態低濃度活性氧（O3）催化劑的氧化性能優于其還原態，且具有相同的催化機理；氧化態低濃度活性氧（O3）催化劑的氧化性能遜于其還原態，主要是由不同的催化機理所致。
　　【關鍵詞】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，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：

                                
　　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活性氧發生器（深圳清華大學研究院研發）
　　8mg/h活性氧發生器（深圳清華大學研究院研發）
　　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+標準溶液：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．標準曲線繪制：
　　分別加入0、1ml、2ml、3ml0.01mol/LFe3+標準溶液到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,用鹽酸和氨水調節溶液酸度為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+濃度標準曲線。
　　2．空氣中48小時氧化反應：
　　準確稱取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，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,用鹽酸和氨水調節溶液酸度為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A1、A2；
　　3．空氣中72小時氧化反應：
　　準確稱取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，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,用鹽酸和氨水調節溶液酸度為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A3、A4；
　　4．低濃度活性氧氣氛中48小時氧化反應：
　　準確稱取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，通入活性氧，通過檢測器校準密封氣氛箱內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,用鹽酸和氨水調節溶液酸度為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A5、A6；
　　5．低濃度活性氧氣氛中72小時氧化反應：
　　準確稱取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，通入活性氧，通過檢測器校準密封氣氛箱內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,用鹽酸和氨水調節溶液酸度為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A7、A8；
　　6．高濃度活性氧氣氛中48小時急性氧化反應：
　　準確稱取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，通入活性氧，通過檢測器校準密封氣氛箱內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,用鹽酸和氨水調節溶液酸度為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A9、A10；
　　7．高濃度活性氧氣氛中72小時急性氧化反應：
　　準確稱取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，通入活性氧，通過檢測器校準密封氣氛箱內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,用鹽酸和氨水調節溶液酸度為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A11、A12。
　　
　　試驗數據
　　1.標準曲線數據記錄
　　              　　
　　　　
　　2．樣品吸光度數據記錄
　　              
　　結果與討論
　　將各個實驗的吸光度求出平均值，通過對照標準曲線，可以得出相應的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生標準活性氧濃度（0.06ppm）下，不會對凈化空間內的金屬造成氧化影響。在空調氣體輸送管道內，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，本活性氧中央空調凈化系統也不會對金屬管道造成明顯影響。
　　
　　參考文獻
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