二氧化钛光催化尾气降解路面材料改性研究

发布时间：2020-06-29 10:54

【摘要】：日益增加的机动车保有量使得尾气污染成为不容忽视的环境问题,而二氧化钛的光催化半导体特性使得其与路面材料结合降解汽车尾气成为可能。目前已有的研究大多数使用二氧化钛负载于路面材料,而二氧化钛的光响应范围是制约其光催化性能的重要因素。因此,针对二氧化钛光响应范围进行改性有其研究价值,将改性二氧化钛应用于路面也是一种新的尝试。本文从计算模拟、制备表征到路面降解性能测试三个方面对氮掺杂改性二氧化钛进行了研究。首先,利用CASTEP对置换式和间隙式的氮掺杂改性二氧化钛进行能带结构和能态密度计算,通过能带结构计算比较氮掺杂前后禁带宽度的变化;通过能态密度计算比较氮掺杂前后各原子电子轨道对能态密度的影响,探究禁带宽度变化的机制;从理论上研究氮掺杂对二氧化钛光催化性能的影响。其次,总结现有氮掺杂二氧化钛的制备方式优选出适合本文的方法,制备出普通锐钛矿型二氧化钛并结合CASTEP计算中的氮掺杂率制备改性二氧化钛;对制备出的样品进行XRD、FT-IR、XPS、TEM及UV-Vis DRS表征,确定样品的晶型、晶粒的粒径和氮掺杂的形式,并与CASTEP的计算模型进行对照。再次,总结已有光催化尾气降解路面的实验装置利弊,开发出适合本文的改进实验装置并对该实验装置进行尾气浓度标定以消除系统误差。最后将二氧化钛及氮掺杂改性二氧化钛负载于路面进行光催化尾气降解实验,通过对比相同设计参数下的二氧化钛及氮掺杂改性二氧化钛的光催化效果验证改性效果;通过对比不同设计参数下的改性二氧化钛的光催化尾气降解效果确定最佳设计参数;对最佳设计参数下的不同级配路面进行实验,比较其光催化效果并对施工后的不同级配路面进行施工质量验收,从而验证不同级配路面对最佳设计参数下的添加工艺的适应性。综上所述,针对二氧化钛光催化尾气降解路面材料的改性研究,本文通过第一性原理预测了氮掺杂改性二氧化钛的各项性质,并以该模型为指导制备和表征了二氧化钛及其氮掺杂态;使用改进的光催化尾气降解系统结合雾封层施工技术获得了改性光催化尾气降解路面最佳参数,同时对不同级配路面的适应性进行对比,并结合规范对雾封层进行施工质量验收以获得本实验下改性二氧化钛光催化尾气降解路面的应用范围。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414
【图文】：

排放污染,机动车尾气,机动车,机动车保有量

1 研究背景及意义.1 研究背景自19 世纪末德国人卡尔本茨为其研制的第一辆三轮汽车申请专利以来，汽车制造速发展，汽车已经逐渐从奢侈品转变成为家用代步工具。根据中华人民共和国环境保2017 年6 月3 日发布的《中国机动车环境管理年报（2017）》，截至2016 年我国已经八年机动车产量销量同时世界排名第一，机动车保有量达到2.95 亿辆，其中新能源汽有量持续增加达到101.4 万辆。2011 年至2016 年全国机动车保有量由20754.6 万辆增27560.8 万辆（不含挂车与拖拉机），平均每年增长5.8%。按照机动车使用的燃料对机进行分类，汽油车占绝大部分，其比例为88.5%，柴油车占10.2%，燃气车占1.2%[1]巨大的机动车保有量在带来了国民经济的繁荣和便捷出行的同时，也带来了巨大的尾染，城市交通拥堵的常态化更加加剧了尾气污染的危害，城市内部道路错综复杂，高立且拥堵严重，使得尾气浓度较大且难以被吹散稀释。机动车的尾气排放已成为我国污染的重要来源，也是造成酸雨、细颗粒物（雾霾）、光化学烟雾污染和温室效应的重因。机动车造成的尾气污染与城市雾霾如图 1-1 所示：

特斯拉,新能源,车型

2图 1-2 新能源车型—特斯拉 Model S污染物生成后离开发动机的短暂时间内，利用理，随后排入大气环境[6]。二十世纪七十年代设备，主要利用Pt 和Pd 的颗粒状氧化物作为为二氧化碳和水，这种可以同时催化净化两种

【参考文献】