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室内甲醛的光催化治理及空气净化器的设计

赵桂芳  
【摘要】: 纳米光催化空气净化技术是目前国内外研究的一个热点,它是以纳米TiO_2为催化剂,在室温条件下可将空气中的有机污染物和部分无机物予以光解消除。与传统的空气净化技术相比,纳米光催化空气净化技术具有处理效率高、能耗低、操作简单、无二次污染等优点,因而在空气净化领域表现出广阔的应用前景。 本论文以消除室内典型污染物甲醛为研究目标,研究内容包括催化剂的制备、光催化剂的性能测试、光催化反应器的设计、委托加工制作及该光催化反应器降解甲醛效率的性能测试,同时对影响光催化反应器效率的因素进行了考察分析。 采用溶胶-凝胶法制备了三元复合催化剂Co~(2+)-SiO_2-TiO_2,考察了溶胶的pH值、镀膜层数、干燥方式、煅烧温度、Co~(2+)的掺杂量等因素对Co~(2+)-SiO_2-TiO_2光催化性能的影响,并对催化剂的表面形貌和晶型进行了SEM、XRD分析。结果表明,以微波干燥的Co~(2+)-SiO_2-TiO_2催化剂颗粒比以烘箱干燥的Co~(2+)-SiO_2-TiO_2催化剂颗粒细小、均匀,且前者对甲醛的光催化效果比后者好。在催化剂的制备过程中,以钛酸四丁酯:正硅酸已酯:硝酸钴=1:0.05:0.01的摩尔比配备溶胶-凝胶,在玻璃纤维上镀膜4~5层,用微波干燥,然后在500~550℃下煅烧1h,获得的锐钛矿Co~(2+)-SiO_2-TiO_2催化剂具有良好的催化性能,对初始浓度为2.2mg/m~3的甲醛的去除效率为88%,比SiO_2-TiO_2的催化效率提高了约10%。 在上述研究基础上,对光催化反应器内部结构进行了优化设计,提出了一种催化剂层为齿轮状的结构,并和内部结构为层片状和圆筒状的空气净化器进行了性能比较,结果表明,当负载有Co~(2+)-SiO_2-TiO_2的玻璃纤维呈齿轮状围绕在紫外灯的周围时,催化剂Co~(2+)-SiO_2-TiO_2能很好地接受到紫外光的照射同时也能充分地和污染物质相接触,具有较好的净化室内空气的效果。考察了湿度对净化效率的影响,同时也考察了净化器连续运行的稳定性情况。此外,对净化器进行了经济性评价,自行研制生产的空气净化器其成本比市场上同类产品售价便宜30%左右,具有较强的市场竞争力。


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