水泥基光催化材料及其空氣凈化器研究.pdf

1、光催化技術(shù)是實現(xiàn)大規(guī)模大氣污染治理和室內(nèi)空氣凈化的重要途徑之一，研制水泥基光催化材料（PCM）可有力地推動光催化技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)程。光催化劑在與載體復(fù)合時，如何保證催化性能的充分發(fā)揮以及復(fù)合效果的穩(wěn)定性是應(yīng)用光催化技術(shù)的研究難點(diǎn)。本文選擇多孔氯氧鎂水泥（PMOC）作為水泥基體，Degussa P25-TiO2作為光催化劑，系統(tǒng)分析了兩者復(fù)合過程中負(fù)載微環(huán)境對負(fù)載效果的影響規(guī)律，并根據(jù)吸附劑增效機(jī)理實現(xiàn)了光催化劑與水泥基體復(fù)合時的復(fù)

2、合結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同時對光催化技術(shù)的實際應(yīng)用途徑進(jìn)行了較深入的探索。主要工作內(nèi)容和成果如下：
　　在分析氯氧鎂水泥（MOC）水化機(jī)理和晶體生成發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)上，確定了控制晶體發(fā)育程度從而構(gòu)造不同復(fù)合微結(jié)構(gòu)的方法。研究分析了不同基體微結(jié)構(gòu)下，納米TiO2光催化劑與基體的復(fù)合效果差異及機(jī)理。負(fù)載過程中，PMOC基體對TiO2顆粒具有分散作用，在不同水化進(jìn)程下完成TiO2光催化劑與基體的負(fù)載，得到的復(fù)合效果不同。隨著PMOC基體中5相晶體發(fā)育

3、，5相晶體持續(xù)向外生長至成熟，晶須與納米TiO2顆粒的搭接作用促進(jìn)了基體表面對光催化劑的分散。負(fù)載效果的差異會影響PCM的TiO2負(fù)載量、孔結(jié)構(gòu)和比表面積，進(jìn)而影響催化效率。
　　基于吸附劑增效機(jī)理，確定了吸附劑傳質(zhì)增效提高PCM凈化能力的路線。選用活性炭（AC）作為吸附劑，確定了活性炭與光催化劑的復(fù)合工藝參數(shù)并分析其復(fù)合機(jī)理。系統(tǒng)研究了TiO2/AC復(fù)合光催化劑引入PMOC基體后的復(fù)合結(jié)構(gòu)和協(xié)同凈化機(jī)制，確定了最佳的復(fù)合結(jié)構(gòu)參數(shù)

4、。確定了活性炭破碎、酸洗、真空負(fù)壓-超聲分散復(fù)合TiO2、熱處理的光催化功能工藝流程。TiO2與AC的最佳質(zhì)量比例為4:25，最佳的熱處理溫度為350℃?；钚蕴控?fù)載TiO2后，TiO2在活性炭表面高度分散，但同時也堵塞了活性炭表面的孔。合適的熱處理溫度可在一定程度上促進(jìn)表面TiO2團(tuán)聚，進(jìn)而提高協(xié)同凈化能力。采用一次成型工藝將TiO2/AC引入PMOC基體，最佳的工藝參數(shù)為基體密度0.35g/cm3，TiO2/AC摻量為4wt.％，系統(tǒng)

5、分析結(jié)果表明TiO2/AC摻量、基體密度、穩(wěn)定孔結(jié)構(gòu)三個因素的相互協(xié)調(diào)才能實現(xiàn)吸附、催化性能的最大化發(fā)揮。過高的TiO2/AC摻量會帶來TiO2/AC顆粒的過度聚集和基體孔結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)而抑制PCM的凈化能力。
　　在對PCM進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了三種PCM凈化片結(jié)構(gòu)和四種凈化器結(jié)構(gòu)，確定了PCM凈化片和凈化器結(jié)構(gòu)的最佳組合。研究表明氣體傳質(zhì)效率和反應(yīng)吸附過程對光催化技術(shù)空氣凈化器的影響顯著，可以通過改進(jìn)凈化器結(jié)構(gòu)改善氣