碳纳米管/二氧化钛/壳聚糖薄膜的制备及降解室内苯的研究
发布时间：2021-11-14 05:05
室内空气污染已成为世界各国关注的环境问题,苯作为一种常见的室内空气污染物,已经被国际癌症研究机构确认为有毒的致癌物质,对其有效处理受到国内外的广泛关注。光催化技术利用光催化氧化生成的电子-空穴对及一系列的活性氧物质去除大部分难降解有机污染物,在去除气液相难降解的有机污染物领域受到重视。本文首先制备了一种具有光催化氧化活性的碳纳米管/二氧化钛/壳聚糖（CNTs/TiO2/CS）催化薄膜,然后针对室内污染物苯,研究催化薄膜对苯的光降解机理及其降解室内苯的数学模型,并通过实验研究验证模型的正确性,分析相对湿度、光强、气体流速及污染物的初始浓度对室内苯光降解的影响,最后结合室内空气品质（IAQ）模型和建材散发VOCs的模型,探讨家用净化空调的性能研究。本文研究内容及结论分述如下：采用溶胶-凝胶法制备了碳纳米管不同掺杂量的碳纳米管/二氧化钛复合材料,然后再加入交联剂-壳聚糖,获得了CNTs/TiO2/CS催化薄膜。表征结果表明,二氧化钛粒子包裹在碳纳米管壁上,碳纳米管/二氧化钛的复合材料分散在壳聚糖的矩阵中。以室内苯为污染气体,研究了CNTs/TiO2/CS催化薄膜的光催化活性,发现碳纳米管的掺...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
符号注释表
第1章 绪论
引言
1.1 室内VOCs介绍
1.1.1 室内VOCs的来源
1.1.2 VOCs对人体健康的危害
1.1.3 国内外消除室内VOCs的技术
1.1.4 光催化氧化消除VOCs的研究
1.2 光催化材料种类及制备
1.2.1 光催化材料的种类
1.2.2 光催化薄膜的制备方法
1.3 光催化氧化VOCs的机理及影响因素
1.3.1 光催化氧化降解VOCs的机理
1.3.2 影响光催化反应的动力学因素分析
1.4 光催化氧化VOCs的研究现状
1.4.1 国外研究现状
1.4.2 国内研究现状
1.5 课题研究的内容和意义
1.5.1 研究的内容
1.5.2 研究的意义
第2章 CNTs/TiO_2/CS薄膜的制备及催化活性研究
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 制备纳米光催化剂的合成材料、实验设备与表征设备
2.2.2 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的制备
2.2.3 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的表征
2.2.4 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的光催化活性实验
2.2.5 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜光降解苯的中间产物测试
2.2.6 空白试验
2.3 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的表征结果
2.3.1 FT-IR分析
2.3.2 XRD分析
2.3.3 TEM分析
2.3.4 紫外可见光谱分析
2.3.5 复合材料的比表面积
2.4 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的光催化活性研究
2.4.1 对不同含碳量的复合薄膜的光催化活性研究
2.4.2 不同材料的光催化活性研究
2.4.3 催化剂的失活与再生
2.5 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜光降解苯的机理
2.5.1 CNTs、TiO_2及壳聚糖之间协调作用的探讨
2.5.2 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜光降解苯的反应过程
2.6 本章小结
第3章 CNTs/TiO_2/CS薄膜降解室内苯的动力学研究
3.1 引言
3.2. 分子传质
3.3 光催化氧化苯的模型的建立
3.3.1 基元反应
3.3.2 吸附模型
3.3.3 反应动力学速率模型
3.3.4 光辐射模型
3.3.5 质量守恒
3.3.6 控制方程及边界条件
3.3.7 公式求解
3.4 结果与讨论
3.4.1 流速的影响
3.4.2 光强的影响
3.4.3 相对湿度的影响
3.4.4 初始浓度的影响
3.5 本章小结
第4章 CNTs/TiO_2/CS薄膜光降解苯影响因素的试验研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品及设备
4.2.2 气相苯降解实验步骤
4.2.3 气相色谱定量分析
4.3 结果与分析
4.3.1 流速对苯降解率的影响
4.3.2 相对湿度对苯降解率的影响
4.3.3 初始浓度对苯降解率的影响
4.3.4 光强对苯降解率的影响
4.3.5 多因素对苯降解率的影响
4.4 影响因素的敏感性分析
4.4.1 多元线性回归原理
4.4.2 多元线性回归结果
4.4.3 敏感性分析
4.5 本章小结
第5章 光催化加载家用空调的模拟
5.1 引言
5.2 光催化加载家用空调的IAQ模型
5.2.1 室内IAQ模型
5.2.2 模型求解
5.3. 结果与讨论
5.3.1 净化空调去除效率对室内VOCs浓度的影响
5.3.2 影响因素对室内污染物浓度的分布
5.3.3 净化效率对室内VOCs净化时间的影响
5.3.4 净化时间对光催化净化设备性能的要求
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文与专利目录
附录B 攻读学位期间参与科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米二氧化钛/壳聚糖复合膜的光催化性能[J]. 彭湘红,杜金萍,程德翔,陆茜,吕凡林. 化学与生物工程. 2008(05)
[2]深圳部分民用住宅室内空气品质检测与评价[J]. 易新. 制冷. 2006(01)
[3]苯在TiO2上的气相光催化氧化反应历程[J]. 张前程,张凤宝,张国亮. 催化学报. 2004(01)
[4]纳米材料TiO2光催化技术在空气净化中的应用[J]. 曾志雄,徐玉党. 制冷与空调. 2003(04)
[5]相对干燥条件下甲苯,苯和氯仿的光催化降解[J]. 张彭义,陈清,余刚,田地,梁夫艳. 中国环境科学. 2003(02)
[6]结构与表面特性对碳纳米管储氢性能的影响[J]. 李雪松,朱宏伟,慈立杰,徐才录,毛宗强,魏秉庆,梁吉,吴德海. 科学通报. 2001(09)
[7]碳纳米管的电化学贮氢性能研究[J]. 秦学,高学平,吴峰,刘宏,兰英,袁华堂,宋德瑛,申泮文. 电化学. 2000(04)
博士论文
[1]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[D]. 莫金汉.清华大学 2009
[2]光催化氧化降解室内空气甲醛性能及数值模拟[D]. 李玉华.哈尔滨工业大学 2007
[3]光催化氧化技术降解室内甲醛气体的研究[D]. 齐虹.哈尔滨工业大学 2007
[4]TiO2基催化剂上气相光催化降解苯的研究[D]. 钟俊波.四川大学 2007
[5]氧化铋系纳米粒子对气相有机污染物光催化氧化性质研究[D]. 丁鹏.吉林大学 2005
硕士论文
[1]苯系物气相光催化降解动力学及机理研究[D]. 郑艳.山东大学 2009
[2]TiO2/ACF复合材料的溶胶—凝胶法制备及其对苯的去除性能研究[D]. 刘正锋.东北林业大学 2008
[3]TiO2光催化法去除室内空气中VOCs污染物的研究[D]. 刘宗耀.湖南大学 2007
本文编号：3494015
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
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符号注释表
第1章 绪论
引言
1.1 室内VOCs介绍
1.1.1 室内VOCs的来源
1.1.2 VOCs对人体健康的危害
1.1.3 国内外消除室内VOCs的技术
1.1.4 光催化氧化消除VOCs的研究
1.2 光催化材料种类及制备
1.2.1 光催化材料的种类
1.2.2 光催化薄膜的制备方法
1.3 光催化氧化VOCs的机理及影响因素
1.3.1 光催化氧化降解VOCs的机理
1.3.2 影响光催化反应的动力学因素分析
1.4 光催化氧化VOCs的研究现状
1.4.1 国外研究现状
1.4.2 国内研究现状
1.5 课题研究的内容和意义
1.5.1 研究的内容
1.5.2 研究的意义
第2章 CNTs/TiO_2/CS薄膜的制备及催化活性研究
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 制备纳米光催化剂的合成材料、实验设备与表征设备
2.2.2 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的制备
2.2.3 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的表征
2.2.4 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的光催化活性实验
2.2.5 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜光降解苯的中间产物测试
2.2.6 空白试验
2.3 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的表征结果
2.3.1 FT-IR分析
2.3.2 XRD分析
2.3.3 TEM分析
2.3.4 紫外可见光谱分析
2.3.5 复合材料的比表面积
2.4 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜的光催化活性研究
2.4.1 对不同含碳量的复合薄膜的光催化活性研究
2.4.2 不同材料的光催化活性研究
2.4.3 催化剂的失活与再生
2.5 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜光降解苯的机理
2.5.1 CNTs、TiO_2及壳聚糖之间协调作用的探讨
2.5.2 CNTs/TiO_2/CS催化薄膜光降解苯的反应过程
2.6 本章小结
第3章 CNTs/TiO_2/CS薄膜降解室内苯的动力学研究
3.1 引言
3.2. 分子传质
3.3 光催化氧化苯的模型的建立
3.3.1 基元反应
3.3.2 吸附模型
3.3.3 反应动力学速率模型
3.3.4 光辐射模型
3.3.5 质量守恒
3.3.6 控制方程及边界条件
3.3.7 公式求解
3.4 结果与讨论
3.4.1 流速的影响
3.4.2 光强的影响
3.4.3 相对湿度的影响
3.4.4 初始浓度的影响
3.5 本章小结
第4章 CNTs/TiO_2/CS薄膜光降解苯影响因素的试验研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品及设备
4.2.2 气相苯降解实验步骤
4.2.3 气相色谱定量分析
4.3 结果与分析
4.3.1 流速对苯降解率的影响
4.3.2 相对湿度对苯降解率的影响
4.3.3 初始浓度对苯降解率的影响
4.3.4 光强对苯降解率的影响
4.3.5 多因素对苯降解率的影响
4.4 影响因素的敏感性分析
4.4.1 多元线性回归原理
4.4.2 多元线性回归结果
4.4.3 敏感性分析
4.5 本章小结
第5章 光催化加载家用空调的模拟
5.1 引言
5.2 光催化加载家用空调的IAQ模型
5.2.1 室内IAQ模型
5.2.2 模型求解
5.3. 结果与讨论
5.3.1 净化空调去除效率对室内VOCs浓度的影响
5.3.2 影响因素对室内污染物浓度的分布
5.3.3 净化效率对室内VOCs净化时间的影响
5.3.4 净化时间对光催化净化设备性能的要求
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
参考文献
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文与专利目录
附录B 攻读学位期间参与科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米二氧化钛/壳聚糖复合膜的光催化性能[J]. 彭湘红,杜金萍,程德翔,陆茜,吕凡林. 化学与生物工程. 2008(05)
[2]深圳部分民用住宅室内空气品质检测与评价[J]. 易新. 制冷. 2006(01)
[3]苯在TiO2上的气相光催化氧化反应历程[J]. 张前程,张凤宝,张国亮. 催化学报. 2004(01)
[4]纳米材料TiO2光催化技术在空气净化中的应用[J]. 曾志雄,徐玉党. 制冷与空调. 2003(04)
[5]相对干燥条件下甲苯,苯和氯仿的光催化降解[J]. 张彭义,陈清,余刚,田地,梁夫艳. 中国环境科学. 2003(02)
[6]结构与表面特性对碳纳米管储氢性能的影响[J]. 李雪松,朱宏伟,慈立杰,徐才录,毛宗强,魏秉庆,梁吉,吴德海. 科学通报. 2001(09)
[7]碳纳米管的电化学贮氢性能研究[J]. 秦学,高学平,吴峰,刘宏,兰英,袁华堂,宋德瑛,申泮文. 电化学. 2000(04)
博士论文
[1]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[D]. 莫金汉.清华大学 2009
[2]光催化氧化降解室内空气甲醛性能及数值模拟[D]. 李玉华.哈尔滨工业大学 2007
[3]光催化氧化技术降解室内甲醛气体的研究[D]. 齐虹.哈尔滨工业大学 2007
[4]TiO2基催化剂上气相光催化降解苯的研究[D]. 钟俊波.四川大学 2007
[5]氧化铋系纳米粒子对气相有机污染物光催化氧化性质研究[D]. 丁鹏.吉林大学 2005
硕士论文
[1]苯系物气相光催化降解动力学及机理研究[D]. 郑艳.山东大学 2009
[2]TiO2/ACF复合材料的溶胶—凝胶法制备及其对苯的去除性能研究[D]. 刘正锋.东北林业大学 2008
[3]TiO2光催化法去除室内空气中VOCs污染物的研究[D]. 刘宗耀.湖南大学 2007
本文编号：3494015
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