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1、x大学生创业创新结项报告目录二氧化钛光催化涂料降解甲醛报告3前言3一、纳米TIO2光催化降解甲醛的研究现状及存在问题3二、光催化降解甲醛的机理4三、不同因素下二氧化钛对甲醛光催化降解的影响4四、提高纳米TiO2光催化活性的方法7五、其他影响TiO2光催化涂料实用化的因素7六、纳米二氧化钛光催化涂料降解甲醛的研究8七、结论10八、改进及其建议10二氧化钛光催化涂料降解甲醛报告前言室内空气污染已经成为世界各国广泛关注的环境问题,甲醛是典型的室内空气有机污染物之一,主要来源于室内装饰装修材料、家具和涂料等,已经被世界卫生组织确定为致癌物和致畸物[1]。随着国内经
2、济的发展,居室装修的住户不断增加,从而对甲醛的治理迫在眉睫。目前一般用通风换气净化方法、物理吸附、化学吸收法、植物吸收净化方法、热破坏法、空气负子技术、材料封闭技术、光催化技术等[2]方法来处理甲醛。但是一般的方法处理效果不佳,而且存在二次污染。相比之下,光催化技术几乎能将所有的污染物氧化为无害物,而且不造成二次污染。特别是纳米TiO2是目前室内空气净化应用最广的光催化剂。一、纳米TIO2光催化降解甲醛的研究现状及存在问题在甲醛光催化降解的研究中，TiO2由于其本身的优良特性，如价格低廉、安全、高光催化效率和无需化学添加剂等，仍然是比较常用的光催化剂。同其
3、他光催化反应一样，光催化降解甲醛的催化剂TiO2改性方法也主要有纳米化，固定化和与其他氧化物复合等改性方法。例如，古正荣等采用将光催化剂和吸附材料相结合的新反应体系，以具有直通孔的成型支撑体（如防水的牛皮纸）胶粘活性炭为复合载体，用浸涂法在复合载体上形成纳米TiO2光催化剂薄壳层，制备出可以用于空气净化的活性炭——纳米TiO2空气净化网[15,16]这种净化网对含甲醛废气的降解率可达98.5％，同时通过对比实验还证明了这种负载型净化网优于单一的活性炭、单一的TiO2及简单的二者混合。张玉红等采用溶胶胶粒修饰制备了TiO2与SiO2、ZrO2、WO3和MoO
4、3复合的一系列复合氧化物光催化剂二、光催化降解甲醛的机理自1972年Fujsihima和Honda[3-5]发现受辐射的TiO2表面能发生对水的持续氧化、还原反应的功能以后,半导体多相光催化反应引起了人们很大的关注。TiO2满的价带和空的导带之间的禁带宽度为3.26eV。在有少量水蒸气的空气中,当能量超过其禁带宽度的光子照射在TiO2表面时,价带的电子会被激发到导带,在导带形成高活性的电子(e-),同时在价带产生一个带正电的空穴h+,激发后产生的电子-空穴对很快从体内迁移到表面。在光催化氧化空气中微量甲醛的反应条件下,吸附在催化剂表面的空气中的氧气被光生电
5、子还原为·O2-,微量水被空穴氧化为·OH。两者为甲醛的深度氧化提供了高活性的氧化剂。·O2-和·OH攻击甲醛的C—H键,与其活泼的H原子产生新自由基,激发链式反应,最终使甲醛分解为H2O和CO2。三、不同因素下二氧化钛对甲醛光催化降解的影响甲醛光催化反应有很多影响因素,有湿度、甲醛初始污染物浓度、气体流速、反应温度、催化剂用量、催化剂载体、紫外光强度等。3.1相对湿度的影响在光催化反应中,TiO对水分子存在吸附饱和如果没有水蒸气存在,会导致催化剂表面氢氧基团逐渐减少,增加了电子与空穴的复合,从而使催化剂活性下降；一旦水蒸气浓度较高,水分子与甲醛发生竞争吸
6、附作用,会强烈地抑制反应的进行。因此,湿度是进行光催化降解甲醛的重要影响因素。鹿院卫等[10]的研究表明,在密闭环境下,湿度对甲醛自然衰减没有明显影响,因此他们认为湿度对甲醛的光催化氧化降解有重要影响而且存在一最佳值。齐虹等[11]的试验结果显示不同的实验条件下随着相对湿度的增加,甲醛降解率先增后减,最佳相对湿度在35%左右,相对湿度过高或过低都不利于甲醛的光催化降解。3.2甲醛初始浓度的影响在光催化反应体系中,其他试验条件不变的情况下,甲醛初始浓度的不同对光催化效果有一定的影响。黄婉霞等[12]用粒径为17nm的纳米二氧化钛制成的质量比为2%的喷雾剂进行
7、实验,在一定时间内随着甲醛初始浓度的增加,降解率上升,但是随着甲醛初始浓度的继续增加,降解率反而下降。翟增运等[13]所做的研究也得出类似结果。齐虹等[11]研究结果表明,甲醛初始浓度越高,其反应平衡时间越长,甲醛降解率会降低(甲醛浓度为6.97mg/m3时,在120min就达到平衡,此时甲醛降解率为98.57%,当甲醛浓度为46.67mg/m3时,要到240min降解才达到平衡,降解率为95.35%)。3.3其他因素的影响除了以上的影响因素外,甲醛气体流速、催化剂载体、掺杂、光强等对甲醛降解率都有很重要的影响。鹿院卫等[10]的研究中同时也发现在较高污染
8、物浓度条件下,流速的提高有利于污染物的光催化降解；相反,当污染物浓
