探究进行光催化消除室内甲醛污染的研究

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1、郑州大学硕士学位论文进行光催化消除室内甲醛污染的研究姓名：刘春丽申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：章亚东20070401摘要随着经济发展和生活水平的提高，室内污染也越来越受到人们的关注。被称为室内污染头号“杀手”的甲醛，是室内空气污染危害最严重且最常见的污染物之一，所以应引起特别的重视和研究。Ti02是一种n型半导体材料，有强的氧化性，直接用空气中02做氧化剂，反应条件温和(常温、常压)，而且其活性高，能氧化大部分的有机污染物及无机污染物，并将其最终降解为C02、H20等无害物质。本实验采用TiCh水解法制备了纳米n02。反应体系中TiCh为

2、1．1mol-L．1，啊4Ⅵr=15，啊4+／S042。=1／2，升温至95℃后保温lh，用浓氨水调节pH值，生成细小沉淀后陈化过滤，干燥后煅烧。为使光催化剂Ti02更好的发挥其光催化活性，对其进行了负载。为提高光催化剂Ti02的光催化活性，采用活性炭和Ti02复合的方法，将光催化技术和吸附技术结合在一起。选用普通玻璃管作为光催化剂的载体，应用浸渍．甩膜的方法对光催化剂进行三种形式的负载：n02光催化剂的负载，Ti02与活性炭简单物理混合后的负载，研D2与活性炭新复合方法的负载。对所制备的光催化剂进行了TGA．DTA、XRD和SEM表征。由XRD图可

3、知，制备的纳米Ti02粉体在未经任何热处理的情况下即有锐钛矿相存在，500℃和600℃煅烧后，完全为锐钛矿型，未出现会红石型的衍射峰。500℃煅烧的Ti02光催化剂的粒径为9．4niIl，600℃煅烧的Ti02光催化剂的粒径为10．4nna。从SEM照片中可以看出，膜表面均匀而平缓，纳米晶粒尺寸分布均匀。镀膜1层的膜厚度约为28岬，镀膜2层的镀膜厚度约为45I．tm，以后每次镀膜增加的厚度约为5lUn。自行设计了光催化反应装置，模拟室内甲醛的污染。使用该反应装置，对负载的三种光催化剂的光催化净化甲醛的性能进行了研究。分别考察了甲醛浓度、催化剂煅烧温度

4、、催化剂镀膜层数和光照等因素对Ti02光催化剂光催化净化效率的影响，在压力为0．1MPa，空气流量为0．15L·minl，甲醛的初始浓度为20x10。4mg·Lo的实验条件下，500"C煅烧，负载2层的Ti02光催化剂玻璃管个数为21个时，甲醛的分解率可达100％。在上述实验条件下，持续反应100h，该催化剂还保持了很好的催化活性。当Ti02光催化剂与活性炭的复合方式为简单的物理混合时，n02与活性炭的最佳质量比为m(T]02)：m(活性炭)=1：0．5时，光催化净化甲醛的效果最好。Ti02光催化剂过多或过少都不利于活性炭吸附功能和光催化剂催化功能协

5、同效应的有效发挥。当Ti02光催化剂与活性炭用新方式复合：即首先用胶粘剂在玻璃管上粘接一层均匀的活性炭吸附层，光催化剂Ti02负载在活性炭吸附层上形成外层的光催化剂层。在活性炭吸附层上负载1层Ti02催化剂时有最好的催化效果。将三种负载方法的光催化净化效果进行了比较，证明新复合方法负载的光催化剂对室内甲醛污染的催化净化效果最好，在实验条件压力为0．1MPa，流量为0．15L·min"1下，三种方法的甲醛分解量分别为：128．5mg·g-1，153．4mg·g-1，187．9mg·91。对n02光催化降解甲醛的反应进行了反应动力学的研究，实验证明，l／

6、r与l／Co呈现很好的线性关系，拟合后的方程为y--O．81217+0．94009x，相关系数R-O．98317，所以，Ti02表面的光催化降解反应可用Langmuk-Hinshelwood的动力学模型来描述。在所研究质量浓度范围内，甲醛光催化氧化过程基本符合一级反应动力学。关键词：光催化，室内污染，甲醛，纳米二氧化钛，反应动力学Abs仃actAstheeconomicdevelopmentandthelifestandardimprovement,indoorpollutionhasbeenpaidmoleattention．Formaldehyd

7、ewhichiscalledthefirst‘'killer'’isoneofthemostseriousandfamiliarpollutantsinindoorpollution,SOitshouldbepaidmoreattentionandstudiedespecially．Ti02isakindofn-typesemiconductormaterial，withstrongoxidizingpropertyandreducingproperty．Itu∞sthe02intheairasoxidantdirectlyandthereactio

8、nconditioniswarm．(normaltemperatureandpress)．Becauseof