【摘要】用微反装置研究了低浓度活性氧（O3）催化剂氧化态和还原态的催化活性。对催化剂进行了XRD、TPD和TPR表征，并对反应机理进行了探讨。结果表明，氧化态低浓度活性氧（O3）催化剂的氧化性能优于其还原态，且具有相同的催化机理；氧化态低浓度活性氧（O3）催化剂的氧化性能逊于其还原态，主要是由不同的催化机理所致。
【关键词】低浓度活性氧；金属材料；纯铁粉；氧化性
背景与目的：
低浓度活性氧（0.08-0.1ppm）对空气中的细菌等微生物等有较好的杀灭抑制作用，还能对车厢等公共较封闭空间内的空气起到清新净化作用。但是由于活性氧有比较强的氧化性，低浓度活性氧对材料特别是金属材料的氧化能力需要通过相应的实验来进行考证。通过空气气氛、较高浓度活性氧气氛、低浓度活性氧气氛的对比实验，对铁粉进行24小时/48小时/72小时的连续氧化实验。
原理：
金属铁在一定温度和湿度的氧化气氛中，被氧气和活性氧氧化，生成Fe2O3或Fe2O3•nH2O。将部分被氧化的铁粉与稀盐酸反应，生成Fe2+与Fe3+的混合酸性溶液。
选用磺基水杨酸（简写为H3R）与Fe3+形成的配位平衡体系，H3R和Fe3+等试剂与配合物的吸收光谱不重合，因此可用分光光度法测定。但由于配位反应：
在pH=2~3时,4~9时，9~11时，二者可形成三种颜色不同、组成不同的配离子。本实验是测定pH=2~3时形成的红褐色磺基水杨酸铁配离子的浓度，通过加入一定量的HCl来控制溶液的pH值。配合物的λmax=500nm。通过分光光度法测出Fe3+离子浓度，从而得出金属铁的氧化情况。
仪器和试剂：
分析纯铁粉
1.5M3密封气氛箱
0.4mg/h活性氧发生器（深圳清华大学研究院研发）
8mg/h活性氧发生器（深圳清华大学研究院研发）
0.1mol/L稀盐酸
紫外/可见分光光度计（UV2450日本岛津）
酸度计
UV100型活性氧检测器（美国Spector）
25ml比色管若干只
0.0100mol/LFe3+标准溶液：称取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，摇匀。
0.0100mol/L5-磺基水杨酸：称取0.2542g磺基水杨酸，以0.025mol/LHCl溶解后，移入100ml容量瓶中，以0.025mol/LHCl稀至刻度，摇匀。
0.025mol/LHCl：2.2ml70%HCl稀至1000ml，摇匀。
实验步骤：
1．标准曲线绘制：
分别加入0、1ml、2ml、3ml0.01mol/LFe3+标准溶液到25ml比色管中，加入0.6ml磺基水杨酸溶液,用蒸馏水稀释至18ml,摇匀,用盐酸和氨水调节溶液酸度为pH=3后,用蒸馏水定容至刻度,摇匀,置于20°C水浴中加热10min,取出,在500nm处,用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,测定吸光度,得到Fe3+浓度标准曲线。
2．空气中48小时氧化反应：
准确称取2.000g铁粉，将铁粉均匀分散于托盘上的滤纸上，置于密封气氛箱内，在20℃、湿度40%的条件下，放置48小时后取出铁粉，用200ml1：1盐酸溶解，用蒸馏水稀释至500ml后定容，加入溶解后样品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水杨酸溶液,用蒸馏水稀释至18ml,摇匀,用盐酸和氨水调节溶液酸度为pH=3后,用蒸馏水定容至刻度,摇匀,置于20°C水浴中加热10min,取出,在500nm处,用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,平行测定吸光度2次，得到吸光度值A1、A2；
3．空气中72小时氧化反应：
准确称取2.000g铁粉，将铁粉均匀分散于托盘上的滤纸上，置于密封气氛箱内，在20℃、湿度40%的条件下，放置72小时后取出铁粉，用200ml1：1盐酸溶解，用蒸馏水稀释至500ml后定容，加入溶解后样品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水杨酸溶液,用蒸馏水稀释至18ml,摇匀,用盐酸和氨水调节溶液酸度为pH=3后,用蒸馏水定容至刻度,摇匀,置于20°C水浴中加热10min,取出,在500nm处,用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,平行测定吸光度2次，得到吸光度值A3、A4；
4．低浓度活性氧气氛中48小时氧化反应：
准确称取2.000g铁粉，将铁粉均匀分散于托盘上的滤纸上，置于密封气氛箱内，通入活性氧，通过检测器校准密封气氛箱内空气中活性氧浓度为0.06ppm，在20℃、湿度40%的条件下，放置48小时后取出铁粉，用200ml1：1盐酸溶解，用蒸馏水稀释至500ml后定容，加入溶解后样品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水杨酸溶液,用蒸馏水稀释至18ml,摇匀,用盐酸和氨水调节溶液酸度为pH=3后,用蒸馏水定容至刻度,摇匀,置于20°C水浴中加热10min,取出,在500nm处,用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,平行测定吸光度2次，得到吸光度值A5、A6；
5．低浓度活性氧气氛中72小时氧化反应：
准确称取2.000g铁粉，将铁粉均匀分散于托盘上的滤纸上，置于密封气氛箱内，通入活性氧，通过检测器校准密封气氛箱内空气中活性氧浓度为0.06ppm，在20℃、湿度40%的条件下，放置72小时后取出铁粉，用200ml1：1盐酸溶解，用蒸馏水稀释至500ml后定容，加入溶解后样品10ml到，移入25mL比色管中,加入0.6mL磺基水杨酸溶液,用蒸馏水稀释至18ml,摇匀,用盐酸和氨水调节溶液酸度为pH=3后,用蒸馏水定容至刻度,摇匀,置于20°C水浴中加热10min,取出,在500nm处,用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,平行测定吸光度2次，得到吸光度值A7、A8；
6．高浓度活性氧气氛中48小时急性氧化反应：
准确称取2.000g铁粉，将铁粉均匀分散于托盘上的滤纸上，置于密封气氛箱内，通入活性氧，通过检测器校准密封气氛箱内空气中活性氧浓度为2ppm，在20℃、湿度40%的空气情况下，放置48小时后取出铁粉，用200ml1：1盐酸溶解，用蒸馏水稀释至500ml后定容，加入溶解后样品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水杨酸溶液,用蒸馏水稀释至18ml,摇匀,用盐酸和氨水调节溶液酸度为pH=3后,用蒸馏水定容至刻度,摇匀,置于20°C水浴中加热10min,取出,在500nm处,用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,平行测定吸光度2次，得到吸光度值A9、A10；
7．高浓度活性氧气氛中72小时急性氧化反应：
准确称取2.000g铁粉，将铁粉均匀分散于托盘上的滤纸上，置于密封气氛箱内，通入活性氧，通过检测器校准密封气氛箱内空气中活性氧浓度为2ppm，在20℃、湿度40%的空气情况下，放置72小时后取出铁粉，用200ml1：1盐酸溶解，用蒸馏水稀释至500ml后定容，加入溶解后样品10ml到25mL比色管中,加入0.6mL磺基水杨酸溶液,用蒸馏水稀释至18ml,摇匀,用盐酸和氨水调节溶液酸度为pH=3后,用蒸馏水定容至刻度,摇匀,置于20°C水浴中加热10min,取出,在500nm处,用1cm比色皿,以试剂空白为参比溶液,平行测定吸光度2次，得到吸光度值A11、A12。
试验数据
1.标准曲线数据记录
2．样品吸光度数据记录
结果与讨论
将各个实验的吸光度求出平均值，通过对照标准曲线，可以得出相应的Fe3+浓度,通过对比各个实验的Fe3+浓度，可以得出各个实验中2.0g铁粉的被氧化率：
从上述表格中可以看出，纯铁粉在空气中的氧化非常缓慢，在0.06ppm低浓度活性氧气氛下，氧化程度可以忽略不计。在2ppm的高浓度活性氧气氛下急性氧化48小时，具有一定还原性的铁粉会受到少量氧化，氧化量不超过1%。可以认为，把活性氧气氛控制在低于国家卫生标准活性氧浓度（0.06ppm）下，不会对净化空间内的金属造成氧化影响。在空调气体输送管道内，活性氧浓度是净化空间的20-30倍。实验证明，在2ppm的高浓度下，本活性氧中央空调净化系统也不会对金属管道造成明显影响。
参考文献
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