纳米二氧化钛降解空气污染物的研究

发布时间：2017-03-19 17:09

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【摘要】：在空气污染日益猖獗的今天,因为纳米二氧化钛光催化技术可以降解一些小分子的有机物和无机物,并把他们转化成完全无害的的无机小分子,且因为它稳定性强,可重复使用的优点,所以在处理空气污染的方面相较传统的方法有着环保、节能的优势。但是纯二氧化钛光利用效率低、光催化效果差,只能利用紫外光,这实际上限制了它的应用,因此要对二氧化钛进行改性,增强它在可见光下的光催化效率。又因为它的物理性质决定它易流失难重复使用,所以把它牢固负载制成复合光催化材料也尤其重要。在进行光催化作用时,需要依赖光照来激活它的催化活性,然而在一些特殊的环境中,自然光源比较弱,光催化反应难以进行,有时必须依赖人工光源,耗电且灯光持久性差,无法长期持久进行光催化反应。本实验在不引入人工光源的情况下采用光导纤维把自然光投射到光催化系统中来,实现了持久光催化反应,达到了绿色、节能和环保的光催化降解空气污染的效果。本文对自制改性的纳米二氧化钛粉末进行EDS、TEM、XRD、UV-Vis表征。选用高铝酸盐水泥负载改性二氧化钛制备成复合光催化材料。实验模拟用甲醛、氨气和甲苯作为试验底物研究这种光催化材料的性能,考察复合材料的组成比例、光反应与暗反应、光照强度、吸附作用和重复使用率对复合光催化材料的光催化效果。以甲基橙为实验底物,研究了在纳米二氧化钛与高铝酸盐复合光催化材料的光催化反应中,引入光导纤维改变光照条件是否影响光催化效率,并且在此基础上通过改变光纤的管径、长度、角度以及传导出的光照聚光,测试对光催化复合材料的光催化效果的影响。结果如下:(1)自制N、S和C等非金属元素改性纳米二氧化钛粉末,TEM表征结果显示,自制改性纳米二氧化钛粉末的分散性好,没有出现团聚的现象;XRD表征结果显示,自制的改性纳米二氧化钛粉体是一种金红石与锐钛矿的混合晶体类型,粉体粉末的平均粒径大约是9.3nm;UV-Vis结果显示,自制改性纳米二氧化钛粉末带隙能小于2.3ev;高铝酸盐水泥与自制改性纳米二氧化钛粉末按照4:1的比例混合均匀所制备复合光催化材料的TEM图表明,纳米二氧化钛大部分都镶嵌在高铝酸盐水泥表面,并没有被高铝酸盐包覆在内部,所以自制改性纳米二氧化钛粉末和高铝酸盐水泥的复合光催化材料具有非常高的光催化效果。(2)以甲醛和氨气为实验底物研究了纳米二氧化钛与高铝酸盐复合光催化材料的光催化降解性能,得出高铝酸盐水泥和自制改性的纳米二氧化钛按8:2制备的复合成膜材料对甲醛和氨气的降解效率最高,且高铝酸盐材料有助于对甲醛和氨气的吸收;光反应的催化效率要远远高于暗反应的催化效率;在35W、20W两种节能灯光照条件下进行甲醛和氨气的光催化实验中,甲醛和氨气的降解效率没什么大的变化;相同的光催化复合成膜材料重复进行3次甲醛光催化降解实验,每次的实验结果都基本一致,复合光催化材料重复使用效果理想;利用气相色谱法对甲苯含量的分析证明用光催化复合成膜材料可以有效的去除空气中的甲苯,甲苯的去除率达到86.96%。(3)在光源较弱的环境中,光导纤维可以实现光照远距离传输,增大光催化复合材料对甲基橙的光催化效率;实验用纤芯6外径8.6 mm与纤芯4外径5 mm的光纤引入光源,发现并不能改变引入光源的光照条件来增强光催化复合材料对甲基橙的光催化效率;实验用2m、4m和6m光纤引入光源的光照条件,证明仅仅通过缩短光纤长短来增强光催化复合材料对甲基橙的光催化效率不可行;三组光导纤维的弯曲程度变换成60°、120°和180°引入光源的光照条件,实验证明得出光催化复合材料对甲基橙的光催化效率变化不大;对光导纤维引入的光进行聚光,分析发现也无法显著的增强光催化复合材料对甲基橙的光催化效率。以自制纳米二氧化钛为主体,配以高铝酸盐水泥为载体制备的复合光催化材料拥有稳定性强、不易流失、复合成膜工艺简单、重复使用率高和易回收利用等优点。而且高铝酸盐水泥也有吸附空气污染物的特质,在特殊环境下,引入光纤通光,可以有效增强复合光催化材料的光催化性能,这种光催化系统在处理空气污染方面有着广阔的应用市场。
【关键词】：空气污染 二氧化钛 光催化 甲醛 氨气 光纤
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X51;TQ134.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 空气污染的来源性质及影响因素13-14
• 1.1.1 空气污染的来源13-14
• 1.1.2 空气污染的特性及影响因素14
• 1.2 二氧化钛光催化技术和应用14-19
• 1.2.1 纳米二氧化钛的性质和光催化原理14-16
• 1.2.2 二氧化钛光催化的影响因素16-17
• 1.2.3 二氧化钛光催化的应用17-19
• 1.3 高铝酸盐的概述19
• 1.4 复合光催化材料19-21
• 1.5 光导纤维在光催化中的应用21-23
• 1.5.1 光导纤维的概念及特性21-22
• 1.5.2 光导纤维导光原理22
• 1.5.3 光导纤维的应用领域22
• 1.5.4 光导纤维在导光方面的应用前景22-23
• 1.6 课题的研究意义23-25
• 第二章 复合光催化材料的制备和结构表征25-34
• 2.1 试验试剂和仪器25-26
• 2.1.1 试验试剂25
• 2.1.2 试验仪器及设备25-26
• 2.2 表征方法26-27
• 2.2.1 X射线能谱仪26
• 2.2.2 透射电子显微镜26
• 2.2.3 X射线衍射仪26-27
• 2.2.4 紫外-可见吸收光谱法27
• 2.3 结果与讨论27-32
• 2.3.1 纳米二氧化钛制备27
• 2.3.2 纳米Ti O_2-高铝酸盐水泥复合光催化剂的制备27-28
• 2.3.3 自制改性纳米TiO_2粉末的表征28-31
• 2.3.3.1 EDS分析28-29
• 2.3.3.2 TEM表征29-30
• 2.3.3.3 XRD表征30
• 2.3.3.4 UV-Vis表征30-31
• 2.3.4 高铝酸盐水泥的TEM的表征31-32
• 2.3.5 复合光催化材料的TEM的表征32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 复合光催化材料光催化降解空气污染物的研究34-45
• 3.1 实验材料和方法34-35
• 3.1.1 主要实验材料34
• 3.1.2 主要实验仪器34
• 3.1.3 光催化降解实验方法34-35
• 3.2 结果与讨论35-41
• 3.2.1 复合材料组成比例的影响35-36
• 3.2.2 光反应与暗反应的影响36-38
• 3.2.3 吸附作用对光催化降解的影响38-39
• 3.2.4 光照强弱的影响39-40
• 3.2.5 复合光催化材料的再利用40-41
• 3.3 复合光催化材料对甲苯的光催化效率41-43
• 3.3.1 甲苯的概述41-42
• 3.3.2 甲苯的测定方法及结果42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 光导纤维对光催化效果改良的研究45-51
• 4.1 概述45
• 4.2 实验目的和意义45
• 4.3 实验内容45-49
• 4.3.1 实验材料和仪器45
• 4.3.2 对引入光导纤维来改变二氧化钛光催化性能45-46
• 4.3.3 光导纤维管路的直径对光催化复合材料的光催化性能的影响46-47
• 4.3.4 光导纤维的长度对光催化复合材料的光催化性能的影响47-48
• 4.3.5 光导纤维的弯曲程度对光催化复合材料的光催化性能的影响48-49
• 4.3.6 对光导纤维的聚光对光催化复合材料的光催化性能影响49
• 4.4 本章小结49-51
• 第五章 结论51-53
• 参考文献53-60
• 致谢60-61
• 个人简历61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 任成军,李大成,周大利,刘恒,钟本和;纳米TiO_2的光催化原理及其应用[J];四川有色金属;2004年02期

2 李琼,李福娇,叶燕翔,刘树旺;珠江三角洲地区天气类型与污染潜势及污染浓度的关系[J];热带气象学报;1999年04期

3 杨哲;郑经堂;隋吴彬;吴明铂;;活性炭纤维负载二氧化钛复合催化剂降解甲基橙性能研究[J];炭素技术;2012年01期

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本文编号：256296