掺铁TiO2薄膜光催化降解室内苯污染的实验的研究.pdf

Experimental Research on the Degradation of Indoor Benzene by Photocatalysis of Iron-doped TiO2 Film A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By Li Bo Supervisor: Prof. Li Baizhan Associate Prof. Li Juan Major: Environmental Science College of Urban Construction and Environmental Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May, 2008 中文摘要 摘 要 人们在对室内进行装饰装修过程中所使用的材料大都含有甲醛、可挥发性有 机物等对人体有害的物质，这些物质在室内持续散发，导致室内空气质量（IAQ ） 严重下降；另外，随着空调系统应用的普及，人们一方面提高建筑物的气密性和 热绝缘性，同时降低室内最小新风量标准，就导致了室内有害污染物由于得不到 新风稀释而使浓度增大，严重恶化了室内空气品质。如何改善室内空气品质，给 人们的生活提供一个健康的室内环境，已经成为人们日益关注的焦点。 室内空气污染中人们所关心的焦点当属室内有机污染，主要包括甲醛、苯及 其同系物等。目前室内空气有机污染治理的主要有生物方法、物理方法、以及化 学方法。光催化技术，是近年来兴起的一种治理室内空气污染的新技术，属于化 学方法的一种，它主要是在光催化剂（二氧化钛等）的作用下，使污染物质分解 为CO 和H O 等无害物质。该技术反应条件温和、二次污染小、运行成本低，并 2 2 且可望利用太阳光作为光源，是目前最具发展前景的室内空气净化技术。 然而，利用二氧化钛（TiO ）光催化技术净化室内空气仍处于起步阶段，还 2 有待进一步完善。例如，如何提高TiO2 的量子产率，如何提高其对可见光的利用 率，如何改进催化剂的固定技术，以及如何处理中间产物等问题。 本文采用改进的Sol-Gel 法制备掺铁TiO2 光催化薄膜，通过一组正交试验设 计确定了最佳制备工艺参数，然后根据最佳制备工艺参数制备得到了釉面瓷砖和 活性炭纤维（ACF ）负载的掺铁TiO2 薄膜，并使用X 射线衍射（XRD ）和扫描 电子显微镜（SEM）等技术对薄膜样品的表面形态和晶型等进行了表征分析。本 文还通过实验考察了掺铁TiO2 薄膜的光催化活性，讨论了光源、苯初始浓度以及 气流组织等因素对光催化活性的影响。最后，本文对TiO2 光催化薄膜的耐用性能 进行了研究，包括重复使用性和负载牢固性等。 研究结果表明： 采用改进的Sol-Gel 法制备掺铁TiO2 光催化薄膜时，各工艺参数均对最终的 薄膜光催化活性有一定影响，本文通过正交试验确定各工艺参数的最佳取值分别 为：PEG 掺杂量1.2wt%，Fe3+掺杂量0.05wt%，焙烧时间2.0h ，焙烧温度500℃。 通过XRD 和SEM 等手段进行表征分析发现，实验制备的TiO2 以锐钛矿和金 红石结构为主，粒径分布均匀，平均粒径较小，约为28.5nm 。 使用掺铁TiO2 薄膜催化降解苯污染物时表现出了良好的光催化活性，若采用 产生O3 的光源，将有利于增大薄膜光催化效率；光源波长越短，光催化性能越好； 光催化活性随光照强度增大呈非线性增加；在一定浓度范围内（