活性炭纤维负载TiO2光催化剂的制备、表征及降解甲醛研究

摘要

本研究结合理论分析和实验验证方法，确定最佳的制备TiO2光催化剂方法和分析活性炭负载TiO2光催化剂的负载效果和负载量。采用溶胶凝胶法和滤纸模板法制备TiO2-Ⅰ、TiO2-Ⅱ纳米颗粒作为光催化剂，通过XRD和SEM表征手段，系统地分析和评价各参数对TiO2纳米颗粒光催化性能的影响；采用活性炭纤维作载体，分别将TiO2-Ⅰ、TiO2-Ⅱ纳米颗粒负载在活性炭纤维表面，利用XRD和SEM表征手段观察TiO2/ACF复合光催化剂表面形貌和晶型结构，并通过改变参数，确定TiO2/AC F制备的最佳条件。
　　同时，本文研究了用于可见光下催化室内甲醛气体的Fe-TiO2/ACF催化剂的制备方法，考察了光催化剂制备中铁离子的掺杂量，TiO2负载量，焙烧温度，活性炭负载体颗粒粒径等关键因素对催化剂催化活性的影响并对光催化动力学进行了初步的研究。
　　（1）本文采用滤纸模板法制备TiO2-Ⅱ纳米颗粒，通过改变钛酸四丁酯的用量，确定最优的实验条件和最优的产物。实验证明，当去离子水为7.2mL时，本实验的钛酸四丁酯的最佳试剂量为8.5mL，即最佳试剂体积比C2H5OH：acac：H2O：Ti(OC4H9)4=35.0:3.1:7.2:8.5。
　　（2）在确定最佳试剂用量基础上，分析溶胶凝胶法和滤纸模板法制备的TiO2纳米颗粒的最佳方法。实验证明，在同一条件下，TiO2-Ⅰ纳米颗粒比TiO2-Ⅱ-3纳米颗粒粒径较小，颗粒间分布较均匀。因此，最佳的制备TiO2纳米颗粒为溶胶凝胶法。
　　（3）本实验通过改变催化剂添加量和借助XRD和SEM表征手段来观察TiO2负载活性炭纤维效果。实验表明，最佳的催化剂添加量为52.0g/L，对应的最佳负载量为35.9％时，TiO2负载活性炭纤维的负载效果最好，负载量最多。
　　（4）在确定最佳的催化剂添加量基础上，通过过量浸渍法，将TiO2担载在ACF表面，实验表明，说明溶胶凝胶法制备的TiO2-Ⅰ能够较均匀的负载在活性炭纤维表面，即TiO2-Ⅰ/ACF负载效果较好。
　　（5）当Fe-TiO2/ACF催化剂铁离子的掺杂量为0.03%(质量浓度)，TiO2负载活性炭负荷比为0.7，焙烧温度为400－500℃，活性炭负载体颗粒粒径为12—20目时光催化剂的催化活性最好。通过模拟空调系统分析了不同条件下复合净化网的净化效率，同时对3种净化装置(复合光催化净化网、TiO2光催化净化网、活性炭吸附网)在空调系统中净化甲醛的净化性能进行了对比分析。复合光催化净化网在高风速且污染物体积浓度较低时的净化效率高于其它两种净化网的净化效率近15%，当迎风面风速为高速v=1.0m/s与低速v=0.1m/s时，净化效率相差不超过10%。同时该净化网具有较强的吸附氧化能力、较小的空气阻力、在净化过程中无中间副产物生成．以及实现了活性炭的原位再生，延长了净化网的使用周期，比同类净化设备的净化效率提高20%。

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第1章 绪论

1. 1 室内空气污染现状与危害

1. 2 室内空气污染控制技术

1. 3 TiO 2催化剂光催化氧化室内污染气体技术研究现状

1. 4本论文意义、研究目标与内容

第2章 TiO2纳米颗粒光催化剂的制备与表征

2. 1 溶胶凝胶法制备TiO 2-Ⅰ纳米颗粒

2. 2 滤纸模板法制备TiO 2-Ⅱ纳米颗粒

2. 3 样品的表征

2. 4 结果分析

第3章 TiO2/ACF负载型光催化剂的制备、表征及其催化氧化甲醛性能

3.1 TiO2/ACF光催化剂的制备

3.2 TiO2/ACF光催化剂性能测试实验

3.2 TiO2/ACF催化剂的表征

3.3 TiO2/ACF光催化剂性能测试

第4章 Fe3+-TiO2/ACF复合光催化网制备及性能测试

4. 1 试验仪器设备

4. 2 试验试剂

4.3 Fe3+-TiO2/ACF光催化剂的制备

4.4 Fe3+-TiO2/ACF复合光催化剂性能测试试验

4. 5 试验结果与讨论

第5章 结论与展望

5. 1 结论

5. 2 展望与建议

参考文献

致谢