抑制陶瓷窑炉烟囱废气中有害成分NOx的多功能涂层材料的基础研究

摘要

该论文采用已知的最优配方制备掺杂改性的TiO<,2>光催化剂,1﹪La<'3+>和5﹪Si<'2+>的掺杂不仅提高了TiO<,2>的光催化活性,还补偿了因La<'3+>掺杂而造成的粒子亲水性的降低.研究借助涂料工艺中采用粘结剂的方法,以粘结成膜的方式,较好地解决了光催化剂的固定化难题.选用硅酸盐系水溶液作为无机粘结剂,同时加入碱性水溶性硅氧烷保持涂料的稳定性,通过对粘结剂溶液的贮存状态及成膜后的技术性能的测试,得出制备无机粘结剂的最优配方.实验发现涂膜经过500℃、0.5h的热处理之后,宏观上表现出了优良的耐久耐热、耐水、耐酸及耐碱等性能,从X射线及SEM扫描分析热处理前后涂膜的组分及结构,证实了热处理的重要性.光催化剂的失活与再生试验表明,失活后的光催化剂经H<,2>O<,2>或是H<,2>O洗涤,并辅以紫外光照,可恢复原有活性.由此说明,以无机粘结剂粘结成膜的的方法,既较好地解决了光催化剂的固定化难题,又维持了光催化剂的光催化活性,具有很大的实用意义.在TiO<,2>光催化涂膜的应用试验中,采用在紫外光、室外太阳光和室内自然光三种光源下分别对NOx进行氧化降解,实验表明,在紫外灯和太阳光的照射下,NOx光催化降解率还是很高的,可以达到55﹪左右,随着NOx浓度的增大,其降解率逐渐降低.适当的延长光催化降解的反应时间,可使NOx的降解率达到80﹪左右.NOx气体流速为0.1L/min时的NOx的降解率最高.该研究还在原始的涂膜中掺杂了Fe<'3+>、Mn<'4+>、Cr<'3+>、Cu<'2+>等离子,制备了光催化红外复合涂膜,有效地促进了电子和空穴的分离和迁移,从而提高了涂膜的光催化效率,并提高了对较高质量浓度氮氧化物的降解率;扩大了光响应范围,提高了室内弱紫外光照射下对氮氧化物的降解率.同时涂膜在Fe<,2>O<,3>和Cr<,2>O<,3>的质量百分比含量为10﹪时的红外特性最好,它的分波段发射率可达到0.95,随着煅烧温度的增高,涂膜的ε<,λ,T>也依次上升.

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1引言

1.2氮氧化物对环境污染的分析与防治措施

1.2.1氮氧化物的组成以及环境空气质量标准

1.2.2 NOx对人体健康的影响

1.2.3 NOx对环境的污染

1.2.4氮氧化物污染防治措施

1.3 TiO2光催化反应

1.3.1 TiO2光催化作用理论基础

1.3.2技术特点

1.4光催化剂的制备技术进展

1.4.1几种方法的比较

1.4.2溶胶-凝胶法

1.5光催化活性的影响因素

1.5.1晶型

1.5.2晶粒大小

1.6 TiO2光催化剂的改性研究

1.6.1 TiO2光催化剂的改性依据

1.6.2金属离子掺杂

1.7 TiO2光催化剂的固定化技术

1.7.1 TiO2光催化剂的固定方法

1.7.2 TiO2光催化涂覆材料国内外研究进展与应用

1.8课题研究内容、目的及意义

第二章实验方法与数据处理

2.1实验用原材料及化学试剂

2.2常用仪器及设备

2.3实验表征手段

2.3.1 X射线衍射分析(XRD)

2.3.2扫描电镜分析(SEM)

2.3.3红外光谱分析(IR)

2.3.4透射电镜分析(TEM)

2.3.5红外辐射率的测量

2.3.6电子探针分析

2.4光催化剂的活性验证实验

2.4.1以高压汞灯为激发源的光催化反应模型

2.4.2以太阳光为激发源的光催化反应模型

2.5光催化涂膜材料的制备及性能研究实验

2.5.1粘度测试

2.5.2涂层硬度测试

第三章TiO2光催化涂膜的制备及性能研究

3.1 TiO2光催化剂的制备及掺杂改性

3.1.1制备TiO2光催化剂的溶胶-凝胶工艺

3.1.2 TiO2光催化剂的掺杂改性

3.2光催化涂膜的制备及性能研究

3.2.1反应原理

3.2.2实验方法

3.2.3TiO2光催化剂加入量对涂膜光催化性能及与基底附着力的影响

3.2.4涂膜厚度对涂膜光催化性能的影响

3.2.5热处理对涂膜性能的影响

3.2.6与溶胶-凝胶涂膜的对比

3.2.7涂膜宏观性能评价

3.2.8涂膜的失活与再生

3.2.9太阳光照下的光催化反应

3.3本章小结

第四章TiO2光催化涂膜催化净化NOx的应用研究

4.1光催化脱除NOx的机理

4.2光催化实验

4.2.1实验条件

4.2.2氮氧化物NOx的测定

4.2.3 NOx光催化氧化实验

4.3本章小结

第五章光催化红外复合涂膜的制备及性能研究

5.1复合涂膜的研制

5.2涂膜性能

5.2.1涂膜的光催化效率

5.2.2 XRD谱分析

5.2.3TEM照片分析

5.2.4涂膜的红外发射率

5.3本章小结

结论

参考文献

在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文

致谢