TiO_2薄膜光催化剂的制备及光催化降解模拟室内挥发性有机污染物研究

【摘要】： 随着人们居住条件的日益改善，楼房建筑、室内装修以及日用生活品的使用引起的室内污染问题越来越严重。室内挥发性有机污染气体(VOCs)的危害及其去除已成为研究的热重点。目前，关于室内污染气体光催化降解的研究还不多，在空气处理设备方面的实际应用研究也很少。室内挥发性有机污染气体在二氧化钛的光催化作用下可以降解成二氧化碳和水，因而用二氧化钛光催化降解有害气体，改善日益恶化的室内空气质量，不失为一种很好的解决办法。 本文着眼于室内污染现状，研究了玻璃弹簧负载TiO_2薄膜光催化剂的制备以及改性，设计了一种模拟气体光催化反应装置，并对模拟污染气体进行了光催化降解研究。 用浸渍-提拉法制备玻璃弹簧负载型TiO_2薄膜催化剂以及掺铈Ce-TiO_2光催化剂和掺银Ag-TiO_2光催化剂，选择了对人体健康危害比较严重的几种室内污染气体：苯、甲醛、丙酮、甲苯和对二甲苯为目标污染物，用自行设计的模拟室内有机污染物光催化降解装置，研究了所制备的光催化剂对污染气体的降解效果，并考察了气体流量、掺杂以及混合对VOCs最终降解效果的影响。本文做的研究和结果主要有： (1)本实验制备的纯纳米TiO_2溶胶-凝胶溶液有良好的稳定性能；用此溶胶制备的玻璃弹簧负载型TiO_2薄膜分布均匀，薄膜透明，无剥落物。通过对实验所制备的溶胶-凝胶和负载型TiO_2膜光催化剂进行DSC-TG、UV-VIS、SEM表征与分析得出，玻璃弹簧负载TiO_2薄膜的最佳烧结温度定为510℃，最佳镀膜层数为五层。 (2)为了提高TiO_2光催化剂的催化性能，进行了金属掺杂改性研究，发现掺杂Ce-TiO_2催化剂与TiO_2的最大吸收波长相比发生了红移，而银的掺杂则使TiO_2发生了微弱的蓝移；通过降解实验发现，催化剂中掺杂金属离子能影响催化剂的降解效果，依次为Ce-TiO_2＞TiO_2＞Ag-TiO_2。 (3)在自制的模拟气体光催化反应装置中，定性研究了玻璃弹簧负载TiO_2薄膜光催化剂光催化处理苯和甲醛，得到比较好的降解效果。 (4)用制备的Ce-TiO_2催化剂和Ag-TiO_2催化剂进行了光催化降解苯和甲醛实验研究，并考虑了低流量范围内流量对降解效率的影响。实验发现：低流量范围内流量对苯的降解效率影响比对甲醛的影响明显；光催化降解过程中，温度变化不大，反应生成热很少；由于气体流量、催化剂对气体的吸附以及反应生成的水蒸气的影响，光催化降解过程中，反应系统气相体系的相对湿度会有所变化。 (5)用制备的催化剂进行了丙酮、甲苯和对二甲苯混合物的光催化降解实验发现：气体的流量对丙酮、甲苯和对二甲苯三种气体的降解效果有显著影响；在本实验条件下，丙酮、甲苯和对二甲苯的达到最佳降解率时的流量分别为3 L／min、5 L／min和7 L／min；三种气体混合后会影响其中各组分的降解效果，混合物中的丙酮、对二甲苯组分相对于单一组分来说降解率降低，而甲苯降解率却增高。