活性炭负载TiO2光催化降解甲醛的研究

论文摘要

随着经济的发展和居住条件的改善,污染源和污染物日益多样化,尤以建筑和装修污染为重,研究有效治理室内空气中甲醛的净化技术十分必要。目前,将甲醛等污染物氧化成二氧化碳和水是解决污染问题的最好方法。负载型催化剂具有选择性好、污染少,利于回收等优点。近年来,TiO2光催化技术是一种极具发展潜力的净化技术。本文将光催化技术与传统的活性炭吸附技术相结合,对负载TiO2活性炭吸附降解甲醛进行研究。本文以甲醛为处理对象,系统地研究了TiO2光催化剂和负载TiO2活性炭的制备及其对甲醛吸附降解的影响。以TiCl4为原料,利用TiCl4水解法制备了TiO2粉体,并以活性炭为载体,制备了负载TiO2的活性炭。重点考察了TiO2粉体的制备条件,包括水解温度、硫酸铵的添加量以及煅烧温度,并研究了TiCl4溶液体积以及煅烧温度对负载TiO2活性炭光催化降解甲醛的影响。研究发现,对于TiO2粉体,随着水解温度的升高,甲醛降解量先增后减,最后趋于恒定。在水解温度为70℃、Ti与（NH4）2SO4的物质的量之比为1:2的条件下制得的TiO2粉体,在浓度为600mg·L-1甲醛溶液中的甲醛降解量达7.81mg·g-1。对于负载TiO2活性炭,随着TiCl4溶液体积的增大和煅烧温度的升高,甲醛吸附量都是先增后减,最后趋于恒定,在水解温度为70℃、Ti与（NH4）2SO4的物质的量之比为1:2、当TICl4溶液体积为5mL的条件下制备的负载TiO2的活性炭,经400℃恒温煅烧2h后,其甲醛降解量高达10.18mg·g-1,活性炭原样的6.06倍。为了探讨负载TiO2活性炭的甲醛吸附机理,对在不同条件下制备的TiO2粉体进行SEM表征测试,来研究其微观形貌及结构;进行XRD表征测试,来测定TiO2的晶型、晶相组成以及对晶粒尺寸进行分析计算。同时对活性炭以及在不同条件下制备的负载TiO2活性炭进行IR表征,观测其吸附甲醛前后官能团的变化。通过SEM和XRD表征可知,添加（NH4）2SO4可有效降低TiO2粉体的颗粒尺寸,提高锐钛矿晶型向金红石晶型转变的相变温度,并且在水解温度为70℃、[Ti/SO42-]物质的量之比为1:2的条件下制得的TiO2,在未经高温煅烧时,为未定型的TiO2,但经过400℃高温煅烧2h后,为纯锐钛矿相TiO2;通过IR表征可知,负载TiO2活性炭在吸附甲醛过程中,在活性炭表面发生了化学吸附,并且在TiO2的光催化作用下,将甲醛氧化分解为CO2和H2O,未及时氧化的部分暂时吸附在活性炭上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 室内空气污染物的种类、来源、危害及其污染特点
• 1.3 室内空气中甲醛的治理方法
• 1.4 甲醛测定的主要方法
• 1.5 课题的提出和主要研究内容
• 1.6 本课题的创新点
• 2 光催化氧化基础理论
• 2.1 光催化氧化的研究进展
• 2的结构及其性质'>2.2 TiO₂的结构及其性质
• 2的制备方法'>2.3 TiO₂的制备方法
• 2的表征方法'>2.4 TiO₂的表征方法
• 3 实验部分
• 3.1 实验主要仪器设备及试剂
• 3.2 活性炭的相关性能的测定
• 2活性炭的制备'>3.3 负载TiO₂活性炭的制备
• 3.4 吸附甲醛的实验方法
• 3.5 表征方法及条件
• 4 结果与讨论
• 4.1 活性炭相关性能的测试结果
• 4.2 标准曲线的制定
• 4.3 气相法和液相法吸附甲醛结果的比较
• 4.4 热处理温度对活性炭的甲醛吸附量的影响
• 2光催化降解甲醛影响因素的测试结果'>4.5 TiO₂光催化降解甲醛影响因素的测试结果
• 2光催化降解甲醛影响因素测试结果'>4.6 活性炭负载TiO₂光催化降解甲醛影响因素测试结果
• 4.7 不同吸附剂甲醛降解量的比较
• 4.8 小结
• 5 表征结果分析及吸附甲醛机理探讨
• 2粉体的表征与测试'>5.1 TiO₂粉体的表征与测试
• 5.2 活性炭吸附甲醛前后红外表征与分析
• 2活性炭吸附甲醛前后红外表征与分析'>5.3 负载TiO₂活性炭吸附甲醛前后红外表征与分析
• 5.4 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题及建议
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 主要参考文献