二氧化钛光催化技术控制猪舍氨气污染的研究

摘要

近年来养殖业向空气中排放出大量氨气，严重阻碍养殖业可持续发展，本研究旨在探讨纳米二氧化钛（TiO2）光催化技术对氨气的处理，为该技术在畜禽场使用提供理论依据。本研究首先在保育猪舍内采用 AIR-DAC在线多点检测系统对氨气进行了检测，搭建了静态光催化反应装置，在反应器内模拟所检测猪舍的氨气浓度，探讨负载 TiO2的木板和瓷砖两种基材在相同时间内对氨气的降解效果；然后经使用浸渍—提拉法制备纳米TiO2负载活性炭，采用扫描电镜（SEM）方法对活性炭基材负载不同浓度TiO2的效果进行观察，在此基础上搭建了动态光催化反应装置，并对其影响光催化反应装置降解氨气效果的光照强度、空气流量等参数进行了研究。结果表明：
　　（1）保育猪舍内的氨气浓度最高时达到了32.005±2ppm，最低为5.732±1ppm。根据变化曲线，将氨气的变化范围确定为相对经济的光催化降解氨气浓度，即10~30ppm之间。木板和瓷砖负载TiO2两种基材光催化在120min内对氨气的最终降解效率分别为78±2％、37.3±2%。因此，木板负载TiO2光催化在密闭的环境中对氨气的降解效果优于瓷砖负载TiO2的。
　　（2）TiO2浓度对活性炭基材负载TiO2效果有一定的影响，纳米TiO2浓度为0.5%时，所制备的纳米TiO2/活性炭（AC）表面纳米TiO2颗粒边界清晰可见，在活性炭表面扩散均匀，团聚现象不明显。纳米TiO2浓度在1.0%和2.0%时，TiO2/AC表面扩散的不均匀，有明显的团聚现象。所以，TiO2浓度0.5%时负载效果优于1.0%和2.0%。
　　（3）搭建的紫外光化反应装置包括模拟氨气源发生系统、光催化反应器、AIR-DAC在线检测系统以及供气系统，其中关键部分是反应器，主要包括负载TiO2活性炭基材、紫外灯构成。在其它条件相同时，光照强度为60μW/m2对纳米TiO2负载活性炭光催化降解NH3效率高于30μW/m2；同时其它条件相同的情况下，不同空气流量对NH3降解效率大小依次为2L/min（90%）＞3L/min（88%）＞4L/min（83%）。在光照强度为60μW/m2，空气流量为3L/min时，该装置对不同氨气浓度的降解效果的高低依次为30ppm（95%）>50ppm（93%）>70ppm（92%）。

目录

符号与插图、附表清单

第1章 综述

1.1前言

1.2氨气的来源

1.3氨气的危害

1.4国内外对猪舍氨气处理技术的研究

1.5纳米TiO2光催化与空气环境质量

1.6研究背景

1.7研究内容与目标

1.8技术路线

第2章 猪舍内氨气浓度测定与光催化静态实验

2.1材料与方法

2.2结果

2.3小结

第3章 活性炭负载纳米二氧化钛的制备

3.1实验材料

3.2实验方法

3.3结果与分析

3.4小结

第4章 紫外光催化反应装置的搭建

4.1实验材料与仪器

4.2实验装置的搭建

4.3小结

第5章 TiO2光催化反应器参数优化

5.1材料与方法

5.2结果与分析

5.3小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果