改性TiO_2自清洁薄膜光催化氧化室内甲醛、SO_2的研究

【摘要】：本文采用溶胶—凝胶法制备了不同掺杂改性的纳米Ti02光催化剂,在玻璃基片上成功制备负载型Ti02薄膜材料,确定制备Ti02薄膜的最优工艺条件。选择比表面积大,吸附能力强的活性炭作为催化剂载体和TiO2负载膜,以甲醛、S02为目标物,分别测试它们的光催化效率。通过XRD, EDS等检测手段对筛选出来的Ti02颗粒分别进行微观分析,进行了紫外—可见光吸收光谱分析检测,并利用自动接触角仪对二氧化钛负载膜疏水性进行表征。实验在自行设计的光催化反应器内进行,对纳米TiO2光催化技术用于治理室内污染气体的影响因素、反应动力学、反应机理等进行了实验研究。实验结果表明,TiO2经掺杂改性后可见光活性提高,掺钒TiO2对甲醛的去除效率可达到71.3%,氮钒共掺TiO2对8O2的去除效率高达93.2%,结合产物分析和催化剂分析表征,推测反应机理包括吸附和光催化氧化两个过程,其中光催化反应起主导作用。对混合气样进行处理,气体间存在竞争吸附的关系,甲醛的降解受SO2影响大些,氮钒共掺TiO2所受影响比掺钒TiO2的小。纳米TiO2光催化氧化甲醛符合一级反应动力学规律,反应速率常数为0.257mg/m3·min。制备的负载膜具有良好的疏水性能,疏水角能达到130°以上,对甲醛有比较好的的降解效果。研究结果为进一步应用提供了一定的参考。 【关键词】：掺杂改性TiO_2 光催化氧化 甲醛 二氧化硫 疏水性
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.1.1 概述10
• 1.1.2 室内空气污染物的来源和危害10-12
• 1.1.3 室内空气污染物的常用处理方法12
• 1.2 国内外光催化氧化技术的研究现状12-14
• 1.3 课题研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 纳米材料光催化的基本原理16-21
• 2.1 纳米TiO_2的光催化作用原理16-17
• 2.1.1 纳米光催化材料概述16
• 2.1.2 纳米TiO_2的光催化原理16-17
• 2.2 TiO_2光催化活性的影响因素17-19
• 2.3 纳米二氧化钛光催化剂的掺杂改性19-20
• 2.3.1 常用的掺杂改性方法19-20
• 2.3.2 纳米材料光催化剂存在的问题20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 改性纳米TiO_2及薄膜的制备与表征21-34
• 3.1 纳米材料的制备方法21-22
• 3.2 掺杂改性纳米TiO_2的制备22-24
• 3.2.1 重要试剂与仪器的型号及生产厂家22
• 3.2.2 掺杂改性纳米TiO_2的制备22-24
• 3.2.3 改性二氧化钛自清洁薄膜的制备24
• 3.3 样品的表征与分析24-32
• 3.3.1 XRD检测24-30
• 3.3.2 EDS能谱分析30-31
• 3.3.3 紫外—可见光吸收光谱分析检测31-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第4章 改性纳米TiO_2光催化氧化甲醛、SO_2的实验研究34-57
• 4.1 室内甲醛、SO_2的测定方法34
• 4.1.1 甲醛的测定方法34
• 4.1.2 SO_2的测定方法34
• 4.2 甲醛标准曲线的绘制34-36
• 4.2.1 分析用试剂及仪器34-35
• 4.2.1.1 分析用试剂34-35
• 4.2.1.2 分析用仪器35
• 4.2.2 甲醛标准曲线的绘制35-36
• 4.3 光催化反应装置及实验流程36-37
• 4.4 光催化降解甲醛的实验研究37-45
• 4.4.1 活性炭的空白实验37-38
• 4.4.2 催化剂的用量对光催化反应影响38-39
• 4.4.3 光照强度对光催化反应影响39-40
• 4.4.4 最佳初始浓度的探讨40-41
• 4.4.5 掺钒量对光催化反应的影响41-42
• 4.4.6 二氧化钛的煅烧时间对光催化反应的影响42-43
• 4.4.7 二氧化钛煅烧温度对光催化反应的影响43
• 4.4.8 温度对光催化反应的影响43-44
• 4.4.9 氮钒共掺二氧化钛的光催化反应的实验研究44-45
• 4.5 光催化氧化SO_2及混合气体的实验研究45-50
• 4.5.1 活性炭吸附SO_2的空白试验45-46
• 4.5.2 不同初始浓度对SO_2去除效率的影响46-47
• 4.5.3 不同二氧化钛对甲醛及二氧化硫的催化氧化实验47-48
• 4.5.4 混合气样的处理实验48-50
• 4.6 催化氧化产物的鉴定50
• 4.7 TiO_2光催化降解甲醛的动力学研究50-53
• 4.8 机理分析53-55
• 4.8.1 光催化降解甲醛机理53-54
• 4.8.2 光催化氧化SO_2机理54-55
• 4.9 本章小结55-57
• 第5章 TiO_2薄膜自清洁性的实验研究57-66
• 5.1 改性二氧化钛薄膜疏水性的研究58-60
• 5.2 二氧化钛负载量对甲醛降解效率的影响60-61
• 5.3 膜的煅烧温度对甲醛降解效率的影响61
• 5.4 膜的煅烧时间对甲醛降解效率的影响61-62
• 5.5 通氧量对甲醛降解效率的影响62-63
• 5.6 改性二氧化钛薄膜对甲醛降解的实验研究63-65
• 5.6.1 掺钒二氧化钛薄膜对甲醛降解的影响63-64
• 5.6.2 掺氮二氧化钛薄膜对甲醛降解的影响64-65
• 5.6.3 氮钒共掺二氧化钛薄膜对甲醛降解的影响65
• 5.7 本章小结65-66
• 第6章 结论与建议66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 建议67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果72-73
• 致谢73

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