光催化降解室内有机化学污染物的若干重要机理问题研究

发布时间：2020-07-25 15:11

【摘要】： 近年来,室内空气品质(Indoor Air Quality,简称IAQ)问题日益受到人们重视。室内空气中挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)浓度过高是导致IAQ低劣的重要原因。使用光催化消除室内空气中的VOCs被认为是最具潜力的技术之一。但光催化反应器效率较低、性能不稳定、反应会产生有害中间产物等瓶颈问题制约了该技术的进一步成功应用。本文开展了相关工作,主要学术贡献为: 建立了适用范围较广的光催化反应器VOC降解模型,通过无量纲分析,导出了该类反应器降解效率与影响因素间的无量纲关系式:ε=1-exp(-NTUm),NTUm=A* Stmη,其中:A*为无量纲反应面积,表征反应器结构特性;Stm为传质斯坦顿数,表征反应器传质特性;η为反应有效度,表征反应与传质相对强弱关系。上式为识别制约反应器性能提高的瓶颈因素、确定反应器性能优化手段提供了理论基础。 提出了2种强化光催化降解VOC性能的新方法并诠释了其强化机理:(1)采用肋片可提高光催化反应器VOC降解性能,其机理是:增大了反应面积,提高了空气速度场和浓度场的协同性,从而使得Stm增加;(2)发现在光催化材料中掺混合适的吸附材料作光催化材料载体,可增大反应面积,提高其VOC降解能力。 发现了甲苯光催化反应过程中尚未被文献报道的微量气相副产物及反应路径,诠释了水蒸汽对副产物产生的影响机理。 指出了现有光催化反应器性能评价中的不足:只考虑反应器效率、不考虑副产物的健康效应,提出了考虑健康效应和能耗代价的系列评价指标:HRI效率(εHRI)、健康有效度(εeff_HRI)、副产物转化率(ζB,i)和效益系数(COBHRI),建立了以健康效应为基础的光催化反应器性能评价方法。 上述工作为光催化反应器性能优化及评价提供了理论依据。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703
【图文】：

图 1.1 TiO2光催化降解 VOCs 反应原理图TiO2光催化反应机理非常复杂，在微小的区域中同时发生着一系列的反应。一般包括半导体的光激发、活性物种的产生、界面电荷与外界等基元反应[22]。当光催化剂吸收一个能量大于其带隙能（Eg）的光子

c. 蜂窝型[124]d. 流化床型[132]e. 石英管型[50]f. 管状[133]前视图 侧视图进口出口TiO21mm涂层进口反应器紫外灯TiO2涂层进口反应器

通用光催化反应器示意图：（a）反应器通道坐标系；（b面微元的质量平衡1.6），可得当地表观反应系数 Kapp(z,ξ)的表达式为：( )ξ,KKzkapp=

【共引文献】

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1 孟继安,过增元,李志信;应用流场协同理论的多纵向涡强化换热管[J];动力工程;2005年03期

2 胡晓云,李婷,张德恺,白晋涛,侯洵;退火温度对纳米TiO_2薄膜微结构的影响[J];电子元件与材料;2005年07期

3 孙军,陈如松;藻酸双酯钠与维生素E治疗肝功能异常性脂肪肝36例疗效观察[J];临床医学;2001年12期

4 孟继安,李志信,过增元,魏澍;螺旋扭曲椭圆管层流换热与流阻特性模拟分析[J];工程热物理学报;2002年S1期

5 孟继安,陈泽敬,李志信,过增元;管内对流换热的场协同分析及换热强化[J];工程热物理学报;2003年04期

6 孟继安,陈泽敬,李志信,过增元;交叉缩放椭圆管换热与流阻实验研究及分析[J];工程热物理学报;2004年05期

7 吴晶;程新广;孟继安;过增元;;层流对流换热中的势容耗散极值与最小熵产[J];工程热物理学报;2006年01期

8 刘继进,陈宗璋,何莉萍;纳米氧化钛的制备、表征及应用研究[J];功能材料;2002年06期

9 张高洁;吴进明;刘少光;严密;;纳米复合结构二氧化钛薄膜的制备及其光降解水中若丹明B的能力[J];硅酸盐学报;2007年04期

10 张红锋,杨慧萍,王耀发;乙醇和软脂酸诱导的脂肪肝离体细胞模型[J];华东师范大学学报(自然科学版);2002年04期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 Liu Jie~(1*) Long Yuanyuan~2 Zhang Heping~3 Fan Qingzhu~3 1)Department of Mechanical Engineering,Huaihai Institute of Technology,Cangwu Road.Lian yungang,Jiangsu,222005,China 2)Corrosion and Protection Research Institute of Shengli Oil Field Ltd.Technology Detection Center.Beiyi Road,Dongyin,Shandong,257000,China 3)Beijing Grandsun Company,Zhongguancun East Road,Haidian District,Beijing,100083,China;Flow Characteristics in Shell Side of a New Type Heat Exchanger[A];Proceedings of the Fifth International Symposium on Fluid Power Transmission and Control[C];2007年

2 苑中显;;中国能源状况与发展对策[A];2004全国能源与热工学术年会论文集（2）[C];2004年

3 孙巍;毛宗强;;PEG-Pt／TiO_2光催化剂的制备及其产氢性能的研究[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年

4 朱东;付淑艳;朱肖鸿;陈明涛;倪桂宝;刘勇林;;芦荟煎剂对大鼠酒精性脂肪肝T细胞亚群的影响[A];第九次浙江省中西医结合肝病学术会议论文汇编[C];2006年

5 俞晓正;沈志刚;;空心微珠表面镀二氧化钛薄膜的研究[A];第八届全国颗粒制备与处理学术和应用研讨会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 任达森;溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛薄膜及其光致特性研究[D];复旦大学;2004年

2 夏再忠;导热和对流换热过程的强化与优化[D];清华大学;2001年

3 孟继安;基于场协同理论的纵向涡强化换热技术及其应用[D];清华大学;2003年

4 张前程;光催化法去除室内空气中有机污染物的研究[D];天津大学;2003年

5 张茂林;纳米ZnO/SnO_2等复合光催化剂的制备及其降解有机污染物研究[D];中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）;2004年

6 颜学武;多波段光催化协合材料[D];中国建筑材料科学研究院;2004年

7 程新广;火积及其在传热优化中的应用[D];清华大学;2004年

8 刘兆阳;TiO_2基纳米光催化剂的制备及其光催化、超亲水性能的研究[D];大连理工大学;2004年

9 王玮;硅基微聚合酶链式反应芯片的热设计、分析和优化[D];清华大学;2005年

10 陈亦琳;多相光催化氧化过程中H_2-O_2耦合效应及其作用机理研究[D];福州大学;2006年

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1 周宁;大鼠酒精性肝纤维化模型的构建[D];浙江大学;2002年

2 刘保顺;溅射法制备TiO_2薄膜的性能及其光催化机理研究[D];武汉理工大学;2003年

3 郝国栋;Fe～（3+）-TiO_2光催化剂在可见光下的气相光催化反应研究[D];黑龙江大学;2003年

4 刘丽;纳米材料红外吸收特性研究[D];首都师范大学;2004年

5 冯志刚;应用高效液相法检测血清中缺糖转铁蛋白对诊断酒精性肝病的意义[D];天津医科大学;2004年

6 刘智;轮叶党参水提醇沉物对酒精性肝损伤的保护作用研究[D];延边大学;2004年

7 张胜利;Cu～（2+）/TiO_2光催化剂的制备及其降解甲基橙的性能研究[D];湘潭大学;2004年

8 闻劭意;横纹粗糙面局部流动与传热特性[D];清华大学;2004年

9 俞少峰;氧化钛，氧化硅纳米管及球形粒子的制备研究[D];浙江大学;2005年

10 熊建锋;新型光催化材料的制备与表征[D];武汉理工大学;2005年

本文编号：2769994