液相沉积法制备TiO/ACF净化室内甲醛及吸附光催化机理的研究

摘要

活性炭纤维(ACF)比表面积大、微孔丰富、吸附速度快等特点，可用于吸附室内低浓度有害气体，但ACF吸附只是将污染源转移，存在着吸附饱和及二次污染问题。纳米TiO<,2>具有催化活性高、稳定性好、氧化能力强、廉价无毒等特点，但光催化纳米TiO<,2>降解有机污染物，当污染物的浓度相对较高时，其降解性能优异，而浓度较低时，光催化降解速率较慢。在保持纳米TiO<,2>光催化剂和ACF各自优点基本不变的前提下，通过一定的方法在ACF上负载纳米TiO<,2>，研制出一种新型的空气过滤材料，为解决室内空气品质问题提供了一条可行之路。 本课题以氟钛酸氨、硼酸、ACF为主要原料，用液相沉积法按照两种溶液浓度制备功能性空气过滤材料TiO<,2>/ACF复合滤料(a)、TiO<,2>/ACF复合滤料(b)；用扫描电镜对制备的复合滤料进行表征，复合滤料上负载的TiOO<,2>的粒径大部分都在纳米级范围内。对复合滤料(a)、复合滤料(b)，进行净化低浓度甲醛气体的吸附光催化静态试验研究，结果表明光催化使得复合滤料(a)、复合滤料(b)的净化率分别提高12.5％和10％。对复合滤料(a)、复合滤料(b)进行了吸附光催化动态实验研究：风速在0.2m/s到2.6m/s范围内，进行复合滤料(a)、复合滤料(b)对甲醛吸附光催化净化的研究，复合滤料(a)、复合滤料(b)两种滤料对甲醛的吸附光催化净化都表现为随着风速的增加，净化速率先升高，后逐渐降低；在14℃、24℃、34℃下对复合滤料(a)、复合滤料(b)进行吸附光催化净化甲醛的试验研究，复合滤料(a)、复合滤料(b)对甲醛的吸附光催化氧化速率并无明显变化规律。对复合滤料(a)和复合滤料(b)在两种不同甲醛初始浓度下进行试验研究，结果表明，随着甲醛初始浓度的增加，复合滤料对甲醛的净化速率也不断增加。协同作用实验表明，复合滤料(a)、复合滤料(b)的吸附与光催化结合的协同作用明显，复合滤料(a)、复合滤料(b)对甲醛的净化率分别提高47.5％、42.5％。 根据本课题研究中所得到的一些数据，结合ACF吸附理论及光催化降解甲醛机理，从吸附光催化反应的过程；ACF的光再生；光催化剂的失活；ACF与纳米TiO<,2>光催化降解的协同作用等方面进行探讨气态中的吸附光催化机理。吸附技术和光催化技术结合后可以使ACF原位再生，ACF再生是吸附质解吸和光催化降解共同作用的结果。ACF再生后，其微孔可以吸附更多的甲醛气体，从而提高净化速率。在纳米TiO<,2>/ACF复合滤料中，ACF的吸附作用为光催化剂TiO<,2>提供的局部高浓度微环境是产生吸附光催化机理的主要原因。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景

1.2课题的提出

1.3国内外研究现状

1.4课题的主要内容、创新点和研究方法

1.4.1课题的主要内容

1.4.2创新点

1.4.3研究方法

第二章活性炭纤维及光催化剂纳米TiO2

2.1活性炭纤维

2.1.1活性炭纤维简介

2.1.2活性炭纤维的应用

2.2光催化剂纳米TiO2

2.2.1光催化TiO2原理

2.2.2 TiO2在环保方面的的应用

第三章活性炭纤维与光催化剂纳米TiO2复合技术

3.1直接浸涂法

3.2溶胶-凝胶法

3.3液相沉积法

3.4溅射法

3.5化学气相沉积法

3.6小结

第四章吸附光催化机理

4.1活性炭纤维的吸附机理

4.1.1活性炭纤维的吸附特征

4.1.2吸附等温线和吸附等温方程

4.2光催化降解甲醛机理

4.3吸附光催化机理

4.3.1吸附光催化过程

4.3.2活性炭纤维的光再生

4.3.3吸附光催化的失活

4.3.4活性炭纤维与纳米TiO2协同作用

4.3.5吸附光催化过程的影响因素分析

4.3.6小结

第五章实验研究与实验结果

5.1实验仪器及试验用品

5.1.1实验仪器

5.1.2实验用品

5.2 Ti O2/ACF复合滤料制备

5.3滤料的阻力测试实验研究

5.4 ACF滤料、TiO2/ACF复合滤料光催化净化甲醛的静态实验研究

5.4.1静态实验台简介

5.4.2静态试验台存在的不足与改进

5.4.3静态试验台的试验步骤

5.4.4静态试验台中甲醛自然衰减的试验研究

5.4.5静态试验台中滤料净化甲醛的试验研究

5.5 ACF滤料、TiO2/ACF复合滤料光催化净化甲醛的动态实验研究

5.5.1动态实验台的简介

5.5.2动态试验台存在的不足与改进

5.5.3动态试验步骤

5.5.4动态试验台中甲醛自然衰减的试验研究

5.5.5动态试验台中滤料净化甲醛的试验研究

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

读硕士期间发表的论文

致谢