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粘土基多孔吸附/催化材料及其净化典型VOCs的性能

屈芳  
【摘要】:空气中挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)的净化处理是环境科学与工程领域的研究热点之一。粘土基类吸附/催化材料对VOCs具有较好的吸附/催化性能,在VOCs污染控制领域有良好的应用前景。本文以有机膨润土(或废弃有机膨润土)为原料合成新型层状多孔粘土异构材料(Porous Clay Heterostructures, PCHs)以及锐钛型粘土基多孔二氧化钛(Ti02)纳米催化材料,研究了它们吸附/催化降解VOCs的性能、机制及构效关系。论文取得了以下有价值的研究结果: (1)建立了典型PCHs吸附VOCs的多元线性数学模型,系统评价了PCHs吸附VOCs的性能与气体分子理化性质(分子截面积、极化率、蒸发焓和临界体积等)之间的构效关系,揭示了PCHs吸附VOCs的特性及作用机制。发现PCHs对丙酮等羰基VOCs的吸附量高于甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯等芳香烃VOCs。 (2)发现空气湿度越高,PCHs和活性炭(AC)对甲苯的平衡吸附量越小,穿透时间越短;与PCHs相比,AC吸附甲苯的性能受水蒸气影响更为明显,甲苯的平衡吸附量下降更大。AC对水蒸气的吸附总量高于PCHs。初步探明了PCHs和AC疏水性能的差异及其水分子循环吸附-脱附机制。 (3)开发了锐钛型粘土基多孔Ti02纳米催化材料。该材料比表面积和孔容较大,孔径分布均匀,在紫外200-400 nm范围内有强烈吸收,具有较高的催化活性,对甲苯的光催化降解率与其比表面积呈正相关。加入小分子助表面活性剂(DDA)或对硝基苯酚(PNP)可使催化材料比表面积和孔体积增大、平均孔径减小,并提高其光催化降解甲苯的效率。空气湿度80%时,添加DDA或PNP后制得的光催化材料,其降解甲苯的效率由17.90%分别提高至74.60%和76.50%。


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