隧道内汽车尾气净化新材料制备与性能研究

摘要

公路隧道由于环境相对密封,里面存在着大量的汽车尾气,特别是在交通量大而且较长的隧道中,容易造成尾气积聚,不仅污染隧道内的设施,并且影响行车安全。传统的隧道通风空气净化模式不仅对汽车尾气净化效果有限,而且通风设备运营费用较高,因此如何有效地净化隧道中的汽车尾气是当前隧道交通亟需开展的一个研究课题。
　　本论文以光催化材料纳米TiO2粒子作为基体材料,以Fe(NO3)3作为改性剂,采用溶凝胶法制备了掺杂Fe3+的纳米TiO2粒子,研究了Fe3+掺杂改性对纳米TiO2粒子微观结构和表面活性的影响,分析了影响Fe3+掺杂改性纳米TiO2粒子光催化效果的相关因素,然后采用吸附性能良好的Al2O3作为载体,通过溶胶凝胶法将Fe3+掺杂改性纳米TiO2粒子负载到Al2O3上面,再采取高温煅烧的方法得到新型汽车尾气净化材料,通过尾气净化试验评价了Fe3+和Al2O3对纳米TiO2粒子净化汽车尾气性能的影响,并确定了Fe3+和Al2O3对纳米TiO2粒子的最佳掺量,参考涂料的制作方法,选取Fe3+和Al2O3最佳掺量下的纳米TiO2粒子作为涂料的添加剂,制成带有净化尾气功能的涂料,然后通过尾气净化试验研究了该涂料净化汽车尾气性能的影响。
　　试验结果表明:Fe3+掺杂为0.1％时,改性后的纳米TiO2粒子粒径为13.6nm,为锐钛矿型;净化试验表明其活性最强,其对尾气中CO、CO2、HC、NOX的降解效率分别为7.9%、9.2%、6.3%、47.9%。其和Al2O3之间的比例为1:9时所制备的复合光催化材料净化汽车尾气的性能均高于其他掺量,其净化效果为8.9%、13.8%、21.4%、49.2%。选用Fe3+掺量0.1%,Al2O3负载10%作为本试验的最佳掺量,在最佳掺量下进行普通光源下的净化试验,对尾气中CO、CO2、HC、NOX的降解率分别为1.1%、5.6%、5.6%、49.2%,发现与紫外光下相差不大。采用最佳掺量的光催化材料制得的涂料,在紫外光和普通光源两种情况下净化尾气效果明显。光催化涂料基本性能检测结果为耐水性、耐碱性、耐洗刷性性能合格。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 研究的目的与意义

1.3 国内外研究现状与分析

1.4 主要研究内容

1.5 课题研究思路与研究方案

第二章 光催化材料纳米TiO2粒子的制备及性能表征

2.1 纳米TiO2粒子净化空气的基本原理

2.2 纳米TiO2的制备及性能表征

2.3 纳米TiO2性能影响因素分析

2.4 本章小结

第三章 掺杂过渡金属Fe3+离子纳米TiO2粒子的制备及性能表征

3.1 掺Fe3+离子纳米TiO2粒子的制备

3.2 制备掺Fe3+离子TiO2结果分析

3.3 本章小结

第四章 纳米TiO2的负载及负载后性能表征

4.1 纳米TiO2粒子负载的作用

4.2 纳米TiO2负载所用载体

4.3 纳米TiO2粒子在载体上的负载方法

4.4 纳米TiO2负载后净化空气作用机理

4.5 纳米TiO2负载试验及负载后的性能与表征

4.6 本章小结

第五章 光催化净化汽车尾气试验系统的研制

5.1 尾气净化设备设计与制作

5.2 试验方法研究

5.3 试验步骤确定

5.4 仪器误差的标定

5.5 本章小结

第六章 尾气净化试验结果与分析

6.1 评价方法和指标

6.2 尾气净化试验

6.3 负载Al2O3和Fe3+最佳掺量的确定

6.4 本章小结

第七章 光催化涂料的制备与性能分析评价

7.1 光催化涂料制备

7.2 涂料净化汽车尾气性能

7.3 纳米复合涂料的性能评价

7.4 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 主要研究结论

8.2 研究展望

参考文献

致谢