TiO2/ACF复合光催化剂的制备及其降解甲醛的研究

摘要

室内环境对健康的影响是国家城市建设发展与环境工程领域中的重要研究方向。随着人们对家居舒适度要求的提高，室内装修率不断提升，给室内环境带来极大威胁，室内空气品质逐步下降，VOCs污染加剧，甲醛污染尤其严重。TiO2光催化技术可以有效降解室内甲醛，具有安全性、持久性和彻底性等特点。但TiO2自身呈粉末态，只能将与其接触的甲醛降解，净化效率较低，且使用后存在分离回收难等问题。如何克服这些难题，研究一种高效负载型光催化剂及空气净化装置，已成为光催化领域的研究热点。
　　本文首先结合吸附原理和光催化原理，采用浸渍—提拉法，以活性炭纤维ACF为载体，负载纳米TiO2制成一种复合光催化剂。其次通过搭建实验平台、优化空气净化装置、设计实验方案，研究复合光催化剂对甲醛的降解效果，确定最佳实验催化材料；并对其进行X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征，分析TiO2形貌结构对其催化性能的影响。然后通过对影响因素的研究，设计并进行正交实验，确定最佳催化条件。最后，在最佳催化条件下进行甲醛降解实验，结合标准对净化器的性能进行评价。主要研究成果如下：
　　①与单一吸附或光催化相比，TiO2/ACF复合光催化剂利用ACF的吸附性能将甲醛聚集于催化剂表面，协同降解甲醛，效果较好。综合ACF吸附能力及负载时TiO2用量考虑：3mm厚度的ACF作为试验用活性炭纤维载体最为合适。
　　②进行单因素分析实验，对比TiO2负载质量比为23.29％、45.88%、65.87%、86.34%四组复合材料的降解实验结果，TiO2与ACF的质量比为45.88%的复合材料净化效果最佳，120min时其降解效率可达90%。
　　③进行复合光催化剂的XRD、SEM表征，分析TiO2形貌结构等对其催化性能的影响，所得结论与降解实验结果基本一致，负载质量比为45.88%时复合光催化剂性能最好。
　　④进行多因素正交实验，以洁净空气量为指标，分析相关影响因素，其显著性排序为甲醛初始浓度>气体流动速度>紫外光光照强度。在温度24℃~26℃、相对湿度50%～70%环境下，光催化空气净化器的最佳催化条件为：空气流速1.71m/s、光照强度210lux、甲醛初始浓度1.0mg/m3。
　　⑤在最佳催化条件下，按照《空气净化器》GB/T18801-2015折算标准V=30m3，得实验用空气净化装置的净化效能η=1.425m3/（W?h），属于高效级空气净化器。
　　本文通过对光催化的理论研究，结合吸附净化方法，研究制备了一种复合光催化剂。利用其对甲醛的净化实验研究，结合X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析，给出了空气净化装置的最佳催化材料。在此基础上，分析了环境因素对光催化的影响，并得到了最佳催化条件，为光催化空气净化器的发展提供参考，对改善室内空气品质具有重要意义。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容与技术路线

1.4 本章小结

2 TiO2/ACF复合光催化剂的制备及表征

2.1 光催化技术及其应用现状

2.2 TiO2/ACF复合光催化剂的制备

2.3 TiO2/ACF复合光催化剂的表征

2.4 本章小结

3 光催化空气净化器降解甲醛的实验研究

3.1 实验目的

3.2 空气净化装置及仪器选择

3.3 实验方案设计

3.4 实验步骤

3.5 复合光催化剂的表征

3.6 数据分析及评价方法

3.7 本章小结

4 实验结果与分析

4.1 气密性实验

4.2 材料评价实验

4.3 影响因素正交实验

4.4空气净化器性能评价

4.5 复合光催化剂的表征分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间申请的专利目录

C. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目情况