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用于车内VOC治理的光催化剂的制备及其性能研究

作　者: 曹小艳
导　师: 袁颂东
学　校: 湖北工业大学
专　业: 化学工艺
关键词: P/C共掺杂 TiO2纳米粉体 TiO2/ACF 车内VOC 光催化降解
分类号: TQ426.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着科学技术的不断进步,车内空气的污染问题已不是一个难以治理的顽疾。技术的发展将能够为我们提供更科学更有效的方法来治理车内挥发性有机化合物(VOC)污染这个隐性杀手,为我们创造一个更清新、自然、舒适,健康的行车环境。自70年代中期以来,人们对纳米二氧化钛的光催化活性进行了大量的研究,利用改性二氧化钛来降解和消除VOC成为环境科学领域的一个非常活跃的研究方向。本文以钛有机物作原料,采用水热法制备了未掺杂和磷、碳元素共掺杂型的二氧化钛粉体,而且用电沉积法制备了二氧化钛负载于活性炭纤维的复合材料。采用SEM、XRD、EDS等手段对产物进行表征和分析,并在恒温密封环境实验箱中检测其对车内VOC光催化降解性能。研究表明：所制备的改性纳米二氧化钛均为粉体,粒径在2～8nm之间。掺杂改性后的纳米TiO2粒径更小,团聚现象减少,分散比较均匀。磷和碳元素的引入并没有改变纳米TiO2的整体形貌。电沉积法制备的TiO2/ACF的比表面积大,吸附效果更好；其中负载二氧化钛后,ACF的比表面积并未发生大的变化。讨论了水热法制备的共掺杂型TiO2纳米粉体反应温度及其催化活性的关系。在光触媒喷液体积一定时,当催化剂用量为14mg/L,车内VOC初始浓度较低时,其催化效果最佳。通过对P/C共掺杂型纳米TiO2粉体的研究,发现共掺存在一个质量最佳比m(Ti):m(C):m(P)=4:1:0.6。讨论了在进行光催化实验检测时温度、反应时间、湿度和初始浓度等条件对P/C-TiO2光催化活性的影响。采用SEM、XRD、BET等分析手段对其进行表征的结果,讨论了内部结构和形貌与光催化活性的关系。通过对活性炭纤维负载二氧化钛膜的研究,发现负载二氧化钛的活性炭纤维比未处理的催化效率要好。结合光催化讲解车内VOC时讨论了不同催化剂、VOC起始浓度、负载率和光强对TiO2/ACF光催化活性的影响。采用SEM、XRD、BET等分析手段对其进行表征的结果,讨论了内部结构和形貌与光催化活性的关系。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-14
    1.1.1 车内污染现状  10
    1.1.2 车内污染来源  10-11
    1.1.3 车内污染物的种类、性状及危害  11-13
    1.1.4 车内治理技术的研究现状  13-14
  1.2 本研究工作的立题  14-17
    1.2.1 课题来源  14
    1.2.2 立题依据  14-15
    1.2.3 研究目标及内容  15-16
    1.2.4 选题意义  16-17
第2章文献综述  17-27
  2.1 光触媒光催化降解车内VOC的机理  17-18
  2.2 TIO_2的形态结构与光催化性能的关系研究  18-19
    2.2.1 晶体结构的影响  18-19
    2.2.2 TiO_2表面性质对光催化活性的影响  19
  2.3 纳米TIO_2光催化改性研究进展  19-22
    2.3.1 非金属掺杂  20
    2.3.2 贵金属沉积  20-21
    2.3.3 有机染料光敏化  21
    2.3.4 半导体复合  21-22
  2.4 纳米TIO_2负载型材料的制备  22-24
    2.4.1 溶胶-凝胶法  22-23
    2.4.2 化学气相沉积法  23
    2.4.3 液相沉积法  23
    2.4.4 溅射法  23-24
    2.4.5 电沉积法  24
  2.5 纳米TIO_2光触媒的应用前景  24-27
    2.5.1 室内杀菌  24-25
    2.5.2 光触媒在抗菌陶瓷上的应用  25
    2.5.3 光触媒在医学上的应用  25
    2.5.4 光触媒在空调领域中的应用  25-26
    2.5.5 光触媒在废水处理中的应用  26-27
第3章实验部分  27-35
  3.1 实验主要仪器设备和原料  27-28
    3.1.1 主要仪器设备  27
    3.1.2 主要原料  27-28
  3.2 催化剂的制备  28-32
    3.2.1 纳米二氧化钛粉体的制备  28-30
    3.2.2 非金属共掺二氧化钛纳米催化剂的制备  30-31
    3.2.3 活性炭纤维负载纳米二氧化钛的制备  31-32
  3.3 材料的表征  32-33
    3.3.1 扫描电子显微镜(SEM-EDS)  32
    3.3.2 X射线衍射分析(XRD)  32-33
    3.3.3 BET比表面测量仪  33
    3.3.4 气相色谱仪  33
  3.4 材料的性能测试  33-35
    3.4.1 分散性能  33
    3.4.2 光催化实验  33-35
第4章非金属共掺纳米TiO_2降解车内VOC的性能研究  35-49
  4.1 磷、碳共掺纳米TIO_2颗粒的表征  35-39
    4.1.1 扫描电镜和能谱分析(SEM-EDS)  35-36
    4.1.2 X射线衍射分析(XRD)  36-37
    4.1.3 粉体比表面积分析(BET)  37-39
  4.2 磷、碳共掺纳米TIO_2催化剂的性能研究  39-42
    4.2.1 分散性  39
    4.2.2 催化性  39-42
  4.3 磷、碳共掺纳米TIO_2光催化降解车内VOC的影响因素  42-47
    4.3.1 温度对光催化的影响  42-43
    4.3.2 时间对光催化的影响  43-44
    4.3.3 湿度对光催化的影响  44-45
    4.3.4 样品材料配比不同对催化降解的影响  45-46
    4.3.5 催化剂用量的影响  46
    4.3.6 车内VOC初始浓度对光催化降解的影响  46-47
  4.4 磷、碳共掺纳米TIO_2可见光催化机理分析  47
  4.5 本章小结  47-49
第5章 TiO_2负载于ACF降解车内VOC的性能研究  49-57
  5.1 ACF负载TIO_2的表征  49-53
    5.1.1 扫描电镜分析(SEM)  49-50
    5.1.2 X射线衍射分析(XRD)  50-51
    5.1.3 粉体积比表面分析(BET)  51-53
  5.2 ACF负载TIO_2降解车内VOC的影响因素  53-55
    5.2.1 催化剂不同的影响  53-54
    5.2.2 车内VOC的起始浓度  54
    5.2.3 光源的影响  54-55
  5.3 TIO_2/ACF复合材料降解车内VOC的光催化机理分析  55-56
  5.4 本章小结  56-57
第6章结论  57-59
  6.1 结论  57-58
  6.2 创新点  58
  6.3 展望  58-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
附录  64

用于车内VOC治理的光催化剂的制备及其性能研究

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