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空气环境低浓度化学物质降解纳米复合材料及应用研究

叶青  
【摘要】: 随着社会的进步和牛活质量普遍的提高,室内空气品质问题越来越受到人们的关注。由于近些年室内装修的盛行、集中式暖通空调设备的广泛采用和各种日常化工产品使用,使可挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)污染日趋严重,其有浓度低、挥发持续时间长、种类繁多、危害性大的特点。而总的来看,我国在空气净化方面对气态污染物,主要还是采用物理、化学吸附的方法,实际应用中存在诸多问题。近年来,光催化纳米TiO_2越来越多的用于空气中的VOCs净化领域,但是由于光催化纳米TiO_2光催化效率偏低,实际应用中也存在不少问题。 本文系统论述了吸附剂吸附的相关理论,采用Polanyi吸附势能理论建立了吸附剂吸附空气中低浓度气态污染物的理论模型,并采用Dubinin-Radushkevich公式描述了其数学物理特性,在定量的描述吸附的同时,提出了影响吸附性能的两个关键性的因素,即微孔体积V_0和基准特征吸附系数k_s。同时,分析了纳米TiO_2光催化降解VOCs的反应机理以及纳米TiO_2的可见光催化改性的研究现状,并制备了高性能的铁搀杂可见光催化纳米TiO_2。然后,本文将可见光催化纳米TiO_2用浸涂法与吸附剂复合,去除空气中的低浓度VOCs,使两种材料互相加强其净化室内空气中低浓度VOCs性能。并采用功能解偶的方式,将接近吸附饱和的复合材料在太阳光下曝晒再生。最后,采用三种吸附材料(活性炭纤维、颗粒活性炭和二氧化硅气凝胶)与掺铁纳米TiO_2制成复合材料,用甲醛作为VOCs的代表物质进行复合材料的性能实验,验证了复合材料的有效性。


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