二氧化钛光催化尾气降解路面材料改性研究

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1、学校代码：10286分类号：U416.0密级：公开UDC：625学号：152655工程硕士学位论文二氧化钛光催化尾气降解路面材料改性研究（学位论文形式：基础研究）研究生姓名：单睿导师姓名：张磊副研究员姚宇高级工程师申请学位类别工程硕士学位授予单位东南大学工程领域名称交通运输工程论文答辩日期2018年5月25日研究方向道路与铁道工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席罗桑副教授评阅人黄凯副教授胡光伟研究员2018年6月6日工程硕士学位论文二氧化钛光催化尾气降解路面材料改性研究专业名称：交通运输工程研究生姓名：单睿导师姓名：张磊副研究员姚宇高级工程师东

2、南大学交通学院二零一八年六月RESEARCHONMODIFICATIONOFTITANIUMDIOXIDEPHOTOCATALYTICTAILGASDEGRADATIONPAVEMENTMATERIALADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBySHANRuiSupervisedbyAssociateProf.ZHANGLeiSeniorEngineerYAOYuTransportationSchoolSoutheastUni

3、versity2018东南大学学位论文独创性声明，ＴＶ．作及取得的研究成來？本、户明所．交的牮位论文《；我个人扣Ｗ师拊４下进行的研究（已经发农或撊写过尽找所知．地方外除了文咐别加以标注和致ｗ，论文中不包作其他人丨丨的的研究成采？与我，也不乜含为获得东南大学或其它教ＴＴ机构的学位或证书而使用过的材料—闷工作的间志对本研究所做的任何贝献均己在论文中作了明确的说明井表示了谢研究生签名＼：：耳冬ｍ东南大学学位论文使甩授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社存限公司、万方数据电子

4、出版社、北京万方数据股份荷限公司有权保留本人所送交学位、论文的复印件和电子文档，可以缩印或其他釭制手段保存论文采用影印。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（１３括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。．＞研究生签名：Ｒ？ｆｌ１：＿导师签名碎摘要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

5、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

6、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-VisDRS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

7、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

8、降解路面的应用范围。关键词：二氧化钛，改性，第一性原理，沥青路面，尾气降解IAbstractA