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光催化降解室内有机化学污染物的若干重要机理问题研究

莫金汉  
【摘要】: 近年来,室内空气品质(Indoor Air Quality,简称IAQ)问题日益受到人们重视。室内空气中挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)浓度过高是导致IAQ低劣的重要原因。使用光催化消除室内空气中的VOCs被认为是最具潜力的技术之一。但光催化反应器效率较低、性能不稳定、反应会产生有害中间产物等瓶颈问题制约了该技术的进一步成功应用。本文开展了相关工作,主要学术贡献为: 建立了适用范围较广的光催化反应器VOC降解模型,通过无量纲分析,导出了该类反应器降解效率与影响因素间的无量纲关系式:ε=1-exp(-NTUm),NTUm=A* Stmη,其中:A*为无量纲反应面积,表征反应器结构特性;Stm为传质斯坦顿数,表征反应器传质特性;η为反应有效度,表征反应与传质相对强弱关系。上式为识别制约反应器性能提高的瓶颈因素、确定反应器性能优化手段提供了理论基础。 提出了2种强化光催化降解VOC性能的新方法并诠释了其强化机理:(1)采用肋片可提高光催化反应器VOC降解性能,其机理是:增大了反应面积,提高了空气速度场和浓度场的协同性,从而使得Stm增加;(2)发现在光催化材料中掺混合适的吸附材料作光催化材料载体,可增大反应面积,提高其VOC降解能力。 发现了甲苯光催化反应过程中尚未被文献报道的微量气相副产物及反应路径,诠释了水蒸汽对副产物产生的影响机理。 指出了现有光催化反应器性能评价中的不足:只考虑反应器效率、不考虑副产物的健康效应,提出了考虑健康效应和能耗代价的系列评价指标:HRI效率(εHRI)、健康有效度(εeff_HRI)、副产物转化率(ζB,i)和效益系数(COBHRI),建立了以健康效应为基础的光催化反应器性能评价方法。 上述工作为光催化反应器性能优化及评价提供了理论依据。


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