二氧化钛光催化的毕业设计.docVIP

1 绪论1.1课题研究背景 近年来,在现代建筑中工作和生活的人们常表现出病态建筑综合症：头痛、困倦、恶心和流鼻涕等，人们的健康和工作效率受到影响。美国环境保护署 EPA 历时5年的专题调查结果显示，许多民用和商用建筑内的空气污染程度是室外空气污染数倍至数十倍，有的甚至超过100倍。据统计，全球近一半人处于室内空气污染中。室内环境污染已经引起36%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的气管炎，支气管炎。全世界每年有2400万人的死亡与室内污染紧密相关。据美国环境保护署 EPA 统计, 美国每年因室内空气品质低劣造成的经济损失高达400亿美金[1]。世界卫生组织 WHO 近期公布的“2002年世界卫生报告”显示，人们80％以上的时间在室内度过，因此受到的空气污染主要来自室内。 引起室内空气污染的主要原因有： 1 强调节能导致的建筑密闭性增强和新风量减少：二十世纪七十年代的能源危机后建筑节能在发达国家普遍受到重视,作为建筑节能的有效手段,很多建筑密闭性增强,新风供给量减少，而新建的大量大型建筑及其配套空调系统普遍采用此策略。 2 新型合成材料化学在现代建筑中大量应用：一些合成材料由于价格低廉、性能优越作为建筑材料和建筑装修材料广泛获得应用，但其中一些会散发对人体有害的气体,如有机挥发物 VOCs 。 3 散发有害气体的电器产品的大量使用：随着电子技术的发展，一些电器产品在办公室和家庭日益普及，其中如复印机、打印机、计算机等会散发有害气体如臭氧、有机挥发物等，造成室内空气品质的下降。 4 传统集中空调系统的固有缺点以及系统设计和运行管理的不合理：传统空调过滤器难以对有机挥发物等化学污染和微生物等进行过滤，集中空调冷凝除湿方式,使空调箱和风机盘管系统往往成为霉菌的滋生地。系统设计和运行管理不合理，如过滤网不及时清洗或更换，新风口设计不合理等也常是造成室内空气品质低劣的原因。 5 室外空气污染加剧：近年来，一些发展中国家尤其是我国由于经济发展过程中不注意环境保护，导致室外空气污染加剧。这些室外空气不经处理直接引入室内，会造成室内空气品质降低[2]。 调查和分析表明，目前我国室内空气污染的主要危害是化学污染和微生物污染。 1.2国内外二氧化钛光催化研究现状 1972年Fujishima和Honda发现在受辐照的TiO2上可以持续发生水的氧化还原反应并产生氢,这标志着多相光催化新时代的开始。此后各国科学家均围绕太阳能的转化和储存、光化学合成,探索多相光催化过程的原理,致力于提高光催化效率,半导体光催化得到了进一步的研究。用于光催化的半导体纳米粒子有TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS、WO3等,其中纳米TiO2具有价廉无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好等特点,用作为光催化材料,它将直接利用太阳光、荧光灯中的紫外光部分作为激发光源,具有较好的净化空气、抗菌、污水处理、自清洁等光催化效应,在化工环保方面展示了广泛的应用前景,已成为新一代的净化涂层材料[3]。 目前,日本在TiO2光催化材料方面处于世界领先地位,其应用效果也较好。利用TiO2光催化剂可达到净化空气的目的,如使用纳米TiO2光催化家庭陶瓷便器,2周后氨气浓度可由15ppm降到0.3ppm,这主要是由于光催化反应减少了细菌数量,使尿素的分解受到抑制[4]。 另外,在TiO2脱臭方面,可采用活性炭与二氧化钛复合技术,该技术主要是通过活性炭上吸附的污染物在其表面进行扩散,到达光催化剂表面后发生光分解反应。这将克服活性炭脱臭效果难以持久等缺点,同时又利用活性炭在无光照时也能进行各种污染物的吸附,而TiO2光催化剂则在有光照时起作用而分解污染物。目前,人们正在开发利用布和纸张等与TiO2混合的固定化技术,有脱臭功能的烟具、装饰品、窗帘、帐子或灯罩等也正在进入实用化。此外,利用TiO2具有超亲水性等特点,可考虑在海洋船舶表面施涂含纳米TiO2的船舶漆,减少其航行阻力;在无纺布中掺入少量纳米TiO2制成的游泳衣可减少摩擦阻力;利用特种TiO2表面亲水涂料,施涂于热交换器的辐射翼片上,可以防止用于热交换介质的流体通道发生冷凝物堵塞,从而提高热交换效率。而在我国造纸废水、化纤废水、制药废水、化工废水等工业有机废水排放量大、有机污染物尤其是难降解污染物浓度高，危害水体环境的重大污染源，也是水污染控制的重点和难点。利用无毒、价廉的纳米TiO2光催化分解有机污染物，具有可在常温常压下进行，降解效率高，反应速度快，占地面积小，处理成本低，无二次污染等显著优点，是一项极具开发前途的水污染控制技术[5]。在工业有机废水的治理领域有着广阔的应用前景!该研究领域今后的发展方向应主要集中在：1）增强纳米TiO2的光催化活性，以提高其催化降解效率2）：扩展纳米TiO2的吸收光谱范围，以有效利用太阳光；3）：开发