具有光触媒纳米效应的滤料在空气净化器的应用研究

发布时间：2020-07-21 21:39

【摘要】：随着人民生活水准的日益提升,人们对室内装修提出了更高的要求。然而由于建筑装修材料中含有大量可挥发性污染物导致室内空气污染日益严重,因此人们对空气净化器出现了爆发性的需求,其中光触媒技术由于其环保特性而引起了人们的重视;但目前市场上光催化技术有很多都存在有效率低下的问题,所以对光催化剂的改性研究以及与其它净化技术相结合并应用于空气净化器就尤为重要了。本课题采用溶胶凝胶法与浸渍法制备光触媒滤料,之后根据比较实验法从紫外光的光照强度、风速以及催化剂负载量在搭建反应空间内分别对其进行了测试与研究,并使用扫描电镜观察了光触媒滤料的表面形貌;然后以高锰酸钾作为氧化剂,并负载至载体上对气态甲醛的降解效果进行了研究;最后将光催化技术(简称PCO)、活性炭纤维(简称ACF)以及高锰酸钾氧化铝球(简称PM球)等不同技术相互复合降解甲醛进行了研究。各项研究成果如下:(1)溶胶凝胶法制备光触媒滤料的最佳运行工况为:波长λ=254nm且光强I=114μw/cm~2的紫外灯、风速v=2.9m/s、催化剂负载量m=9.5mg/cm2;根据测试可知在这类组合下,1m~3反应空间内9min后甲醛降解率可达100%,而甲苯在60min的降解率为91%。浸渍法制备光触媒滤料的最佳运行工况:波长λ=254nm且光强I=114μw/cm~2的紫外灯、风速v=2.9m/s、0.15%Ag掺杂P25以及催化剂负载率为16%;根据测试可知,在42m~3反应空间内该类型光触媒滤料在1h内对甲醛的降解率为53%、对甲苯的降解率为20%;经过研究发现这两种光触媒滤料均符合单分子L-H模型。(2)对高锰酸钾氧化剂的研究发现,PM球对甲醛的氧化作用符合一级反应动力学方程,当风量为300m~3/h时,甲醛的一次通过率在21.88%~69.33%之间,且PM球用量在1.25kg以上时可显著提升反应器对甲醛的降解率。(3)将光催化技术复合其它净化技术对甲醛进行降解测试,研究发现在1h内ACF+PCO对甲醛的最高降解率为94%,比ACF+PCO+PM球的降解速度快15%左右;同时选用CADR值与EER值对不同技术的空气净化器进行评价,发现净化器仅采用管状式光触媒技术时效能是5级,其余技术对气态污染物的去除效能均在4级以上,且ACF+PCO复合技术与5kg PM球均为1级效能。(4)通过对反应空间的气流组织进行模拟,证明了反应空间内各设备的放置位置合理,检测器对污染物浓度的实时监测数据具有较高的可靠度。并且说明当净化器位于房间中央时,整个房间的气流组织分布最均匀,对污染物的净化速率最高。图46幅,表23个,参考文献92篇。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU834.8
【图文】：

反应空间,实物

（a）42m3反应空间（b）1m3反应空间图 2-2 反应空间实物图该光触媒降解有害物的实验由 VOC 发生器、光催化反应器以及残留气体处理装置三部分构成，主要运行流程是：VOC 分析纯溶液在挥发箱内经过充分挥发后，通过室外新鲜空气载入密闭的反应空间，待 VOC 气体与室内空气混合均匀后，打开光催化反应装置发生催化氧化反应；反应完成后，将内部含有有害物的空气依靠排风机送入吸收器，残留污染物经过充分吸收后再排出室外，且在排风的过程中需保持反应空间内部为负压，以免有毒有害物质泄漏至周围人员活动区域，达到环保的要求。而各反应空间内自制空气净化器模型均居于正中央。在 42m3的反应空间中，VOC检测仪置于反应空间长边中轴线，且距墙间距控制在 0.5m~1m，同时为保证检测的准确性其高度不低于 0.5m。在 1m3的反应空间中，受制于空间大小故 VOC 检测仪置于地面即可。常见的光催化反应装置有蜂窝型、管状式、平板式、石英管型以及堆积型等，本课题主要采用前两种反应器结构进行测试与研究，其原理如图 2-3 所示[49~53]。涂有光触媒的

光催化反应,反应空间

（a）42m3反应空间（b）1m3反应空间图 2-2 反应空间实物图该光触媒降解有害物的实验由 VOC 发生器、光催化反应器以及残留气体处理部分构成，主要运行流程是：VOC 分析纯溶液在挥发箱内经过充分挥发后，外新鲜空气载入密闭的反应空间，待 VOC 气体与室内空气混合均匀后，打开反应装置发生催化氧化反应；反应完成后，将内部含有有害物的空气依靠排风吸收器，残留污染物经过充分吸收后再排出室外，且在排风的过程中需保持反内部为负压，以免有毒有害物质泄漏至周围人员活动区域，达到环保的要求而各反应空间内自制空气净化器模型均居于正中央。在 42m3的反应空间中，V仪置于反应空间长边中轴线，且距墙间距控制在 0.5m~1m，同时为保证检测的其高度不低于 0.5m。在 1m3的反应空间中，受制于空间大小故 VOC 检测仪置即可。常见的光催化反应装置有蜂窝型、管状式、平板式、石英管型以及堆积型等，主要采用前两种反应器结构进行测试与研究，其原理如图 2-3 所示[49~53]。气流方向涂有光触媒的蜂窝板

实物,设备,玻璃纤维,光触媒

（j）紫外灯（k）光触媒制备过程图 2-4 主要仪器与设备实物图媒载体的选择触媒的常用载体有蜂窝陶瓷、玻璃纤维、活性炭纤维、聚氨酯泡沫镍等材料。其中玻璃纤维具有耐高温、耐腐蚀、强度高的的透光性决定了它可对各类光线产生大量的反射、折射与透射纤上时有较高的穿透率，因而玻璃纤维可以充分利用各类光能韧度较高，在负载的过程中，光催化剂可以有效负载于玻璃纤具有质软与易变形的特点，而且在将镍泡沫化的同时不仅继承以在相同体积下提供更大的反应表面积。由于其具有较均匀的效降低流体经过时的压降，同时由于泡沫镍表面光滑，光线可不间断反射，故间接提升了光能的使用效率，是理想的光触媒具有丰富的三维网孔，因此也是一种优良的吸声材料，可以有

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