风道式光催化反应器降解VOCs的实验研究

发布时间：2017-10-14 09:19

  本文关键词：风道式光催化反应器降解VOCs的实验研究

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【摘要】：随着人们生活水平的不断提高,加之我国目前正处于购房装修热潮,建筑装修材料的使用导致室内产生大量的挥发性有机化合物(VOCs),如甲醛、苯、甲苯等,严重影响室内空气品质(IAQ),对人体健康造成危害,甚至有致癌作用,因此对室内空气进行净化处理已迫在眉睫。光催化氧化(PCO)技术节能环保,催化活性高,降解无选择性,是去除室内VOCs的有效手段。目前,PCO技术的开发涉及催化剂的改性、反应器的优化设计和联合运用多种净化技术等领域,这些改进在一定程度上提高了反应效率,但是市场上缺少利用PCO技术的净化器,特别是能够应用于供热、通风及空调(HVAC)系统的净化器以及实验所需的环境舱,国内外相关研究文献并不多。一旦HVAC系统受到污染,污染物可以通过风道迅速弥漫整个建筑,所以,将PCO技术应用于HVAC系统显得十分必要。本文首先介绍了自行设计可以实现多种实验工况的环境舱和一种可运用于HVAC系统的风道式光催化空气净化器;其次利用该环境舱和净化器搭建实验平台,精心设计实验方案,并进行了实验研究;然后根据实验结果确定各影响因素在设定范围内对甲醛降解性能的影响,用方差分析确定影响因素的显著性水平及其降解甲醛的最优设计工况;最后对甲醛、甲苯和苯分别进行了单组分和双组分实验,通过对比分析,确定了污染物共存时相互之间的影响作用,同时对甲苯和苯的反应副产物也进行了初步分析。本文的主要研究成果如下:(1)对于自行设计的风道式空气净化器,当流动速度小于3 m/s时,样机内的压降小于60Pa;在等精度实验条件下进行对比实验,结果表明风道式净化器的净化效果为传统平板式的3.5倍。(2)在本文设计的各因素水平变化范围内,甲醛的一次通过效率、洁净空气量、转化率和反应速率都随光照强度的增加而增大;随着催化剂负载量的增加,净化器的四个降解性能指标都呈现出微降低趋势;一次通过效率、洁净空气量和转化率都随流动速度的增加而减小,但反应速率的变化不大。(3)选择洁净空气量做为评价指标,由正交实验可知,风道式净化器三种影响因素影响作用的大小依次为光照强度、流动速度和催化剂负载量,其最优设计工况为A1B3C1,即催化剂的负载量为0.6mg/cm2,光照强度320lux,流动速度0.9m/s;在这种最优设计工况下对净化器进行综合性能评价,确定其属于A级净化器,有较好的应用前景。(4)风道式空气净化器对甲醛、甲苯和苯的转化率在反应开始后1小时内可以达到55%-69%,净化性能良好,对比发现该净化器对甲苯和苯的降解能力类似,但对甲醛的降解性能更优。(5)甲苯和苯无论是作为影响组分还是目标组分其影响效果均类似;甲醛作为目标组分时,在反应开始后的2h内,甲醛浓度不降反升;甲苯和苯相互之间的影响与甲醛对其影响不同,甲醛的阻碍作用更大。(6)实验发现甲苯的副产物为苯、苯甲醛和苯甲酸,苯的副产物为苯酚;甲苯和苯的矿化率都会因影响组分的存在而减小,即降解程度减弱,其中甲醛的影响作用更甚。
【关键词】：光催化氧化 室内空气品质 反应器 VOCs 空调系统
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X51;TU834.8
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.1.1 净化室内空气VOCs的重要性10-11
• 1.1.2 室内VOCs浓度控制方法11-12
• 1.2 光催化降解室内VOCS的研究现状12-19
• 1.2.1 光催化氧化技术12-13
• 1.2.2 光催化反应的影响因素13-18
• 1.2.3 光催化反应产物18-19
• 1.3 研究内容与技术路线19-21
• 1.3.1 课题主要研究内容19-20
• 1.3.2 技术路线20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 2 光催化空气净化装置的设计22-36
• 2.1 光催化氧化技术的应用22-28
• 2.1.1 光催化反应机理22-23
• 2.1.2 光催化材料的特性与制备23-24
• 2.1.3 光催化反应器的类型24-28
• 2.2 环境舱的设计28-30
• 2.2.1 环境舱的设计方案28-29
• 2.2.2 环境舱的使用方法29-30
• 2.3 风道式光催化空气净化器的设计30-34
• 2.3.1 风道式空气净化器的设计方案30-33
• 2.3.2 风道式空气净化器的优点33
• 2.3.3 风道式空气净化器的工作历程33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3 光催化空气净化器降解甲醛的实验方案设计36-48
• 3.1 实验方法36-42
• 3.1.1 实验系统36-37
• 3.1.2 光催化剂的选择与负载37-39
• 3.1.3 甲醛气体的制备与检测39-40
• 3.1.4 实验步骤及仪器40-42
• 3.2 影响因素实验方案设计42-45
• 3.2.1 光照强度43-44
• 3.2.2 催化剂负载量44-45
• 3.2.3 流动速度45
• 3.3 正交实验方案设计45-47
• 3.3.1 实验目的46
• 3.3.2 实验工况设计46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 风道式空气净化器降解甲醛的实验研究48-68
• 4.1 测试原理48
• 4.2 性能评价指标48-49
• 4.3 反应器压降实验49
• 4.4 对比实验49-50
• 4.5 影响因素实验50-60
• 4.5.1 光照强度51-53
• 4.5.2 催化剂负载量53-57
• 4.5.3 流动速度57-60
• 4.6 正交实验60-66
• 4.6.1 实验结果60-62
• 4.6.2 实验数据分析62-65
• 4.6.3 最优条件性能评价65-66
• 4.7 本章小结66-68
• 5 多组分VOCS的光催化降解实验研究68-82
• 5.1 实验方法68-71
• 5.1.1 实验步骤与仪器68-70
• 5.1.2 实验工况设计70-71
• 5.2 单组分VOC的光催化降解71-75
• 5.2.1 甲醛降解实验71-72
• 5.2.2 甲苯降解实验72-73
• 5.2.3 苯降解实验73-74
• 5.2.4 降解性能对比分析74-75
• 5.3 两组分VOCS的光催化降解75-77
• 5.3.1 两组分VOCs间的相互影响75-77
• 5.3.2 影响组分对目标组分降解性能的影响77
• 5.4 甲苯和苯的降解程度77-80
• 5.4.1 副产物种类78-79
• 5.4.2 VOCs的矿化率79-80
• 5.5 本章小结80-82
• 6 结论与展望82-84
• 6.1 主要结论82-83
• 6.2 主要创新点83
• 6.3 展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-94
• 附录94
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录94
• B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录94
• C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目94

【参考文献】

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本文编号：1030250