吸附型复合催化剂光催化消除煤矿瓦斯的机理

杨娟^1,2,3，郝静怡^1,2，魏建平^1,2,3，王云刚^1,2,3，戴俊^1,2

1. 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地2. 河南理工大学安全科学与工程学院3. 煤炭安全生产河南省协同创新中心

摘 要：为研究自制的氧化镓/煤基活性炭吸附型催化剂（15%Ga₂O₃/AC）光催化消除矿井瓦斯机理,开展了复合催化剂光助消除模拟矿井瓦斯中甲烷气体的实验。采用X-射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）、N₂吸附-脱附技术对催化剂的复合效果、微观界面结构、孔体积、孔径分布和比表面进行表征,利用荧光发射谱、电子自旋共振谱（ESR）对光生电荷分离、光电子迁移和活性物种的产生进行测定;结合对甲烷降解动力学的分析可知,15%Ga₂O₃/AC可循环多次用于低浓度煤矿瓦斯的光助消除,煤基活性炭在增强复合催化剂对CH₄分子吸附能力的同时还促进光生电荷分离以产生更多光空穴（h+）和超氧自由基(O₂^·-),使CH₄经h+抽氢产生的·CH₃进一步被O₂^·-氧化,提高催化剂消除瓦斯性能,为利用光氧化技术治理矿井局部瓦斯提供理论依据。

关键词：瓦斯;机理研究;光催化;煤基活性炭;复合催化剂;