光催化氧化降解室內(nèi)空氣甲醛性能及數(shù)值模擬.pdf

1、甲醛是我國室內(nèi)空氣主要污染物之一，具有污染普遍、污染時間長等特點(diǎn)，長期接觸會對人體健康造成危害。因此室內(nèi)甲醛污染去除研究具有重要意義。光催化氧化法是近年來室內(nèi)空氣凈化研究的熱點(diǎn)。由于室內(nèi)甲醛濃度水平很低，從氣態(tài)到催化劑表面的傳質(zhì)阻力較大，致使其傳質(zhì)速率較低。此外，現(xiàn)有研究中普遍應(yīng)用鍍膜催化劑反應(yīng)器，光能利用率低。因此，現(xiàn)有光催化反應(yīng)器光催化氧化甲醛的轉(zhuǎn)化率偏低。為更好的將光催化氧化法應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化的實(shí)踐，需要尋找新的反應(yīng)器形式，并研

2、究設(shè)計(jì)高效的光催化氧化空氣凈化器。
　　基于固定式填充床反應(yīng)器是所有光催化反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率最高的特點(diǎn)，本研究選用固定式填充床反應(yīng)器對甲醛進(jìn)行光催化降解研究。通過改變反應(yīng)條件，了解反應(yīng)器入口甲醛濃度、反應(yīng)氣體溫濕度、氣體在反應(yīng)器內(nèi)停留時間及氣體氧含量等因素對甲醛降解效果的影響。自主設(shè)計(jì)光催化空氣凈化器，對其凈化效能進(jìn)行考察，并對其應(yīng)用進(jìn)行模擬。此外，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件對光催化反應(yīng)器及空氣凈化器內(nèi)空氣流速分布進(jìn)行了模擬。
　　通

3、過比較，選取黑燈管為紫外光源，置于反應(yīng)器中心位置，并以玻璃珠作光催化劑載體，填充于反應(yīng)器內(nèi)，構(gòu)成本研究光催化反應(yīng)器。通過計(jì)算模擬該光催化反應(yīng)器內(nèi)空氣流速分布，發(fā)現(xiàn)其軸向流速均勻，但徑向流速，從燈管處至反應(yīng)器器壁處逐漸減少，直至接近零，易造成催化劑的浪費(fèi)。在此基礎(chǔ)上，對光催化反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)新型填充式空氣凈化器。凈化器選取側(cè)面進(jìn)風(fēng)，單個裝置側(cè)壁開孔方式采取上寬下細(xì)形式。應(yīng)用風(fēng)速儀對單個凈化裝置進(jìn)氣流速測定結(jié)果表明，空氣在整個側(cè)面基本以

4、0.05 m/s的速度均勻進(jìn)入凈化裝置?？諝鈨艋鲉蝹€凈化裝置空氣流速計(jì)算模擬結(jié)果顯示，凈化裝置內(nèi)空氣流速分布均勻。因此催化劑可以得到充分利用。
　　應(yīng)用固定式填充床反應(yīng)器對甲醛進(jìn)行光催化降解，發(fā)現(xiàn)接近室內(nèi)甲醛濃度水平時，甲醛光催化降解受反應(yīng)溫濕度影響很小，受濃度影響顯著，并且甲醛濃度5～20 mg/m3時，甲醛光催化反應(yīng)速率適宜用 L-H模型描述；而0.6～1.2 mg/m3時，甲醛反應(yīng)速率更適宜用Power-rate law模

5、型表述，說明高濃度時對甲醛光催化反應(yīng)適用的L-H模型，對于室內(nèi)濃度水平并不一定適用。計(jì)算出L-H模型表觀反應(yīng)速率常數(shù)k為4.666～9.470 mg/g-hr，甲醛在光催化劑表面的吸附平衡常數(shù)K為0.0098～0.0128 mg-1；Power-rate law模型的常數(shù)k和n分別為0.317～0.452和1.082～1.370。L-H模型的表觀反應(yīng)速率常數(shù)k和Power-rate law模型的常數(shù)k均隨溫度的升高而降低，且兩模型的常數(shù)

6、k與溫度的關(guān)系都基本符合阿侖尼烏斯公式。
　　應(yīng)用本研究自主設(shè)計(jì)空氣凈化器對室內(nèi)甲醛進(jìn)行凈化研究，結(jié)果表明：甲醛初始濃度0.727～1.815 mg/m3時，甲醛凈化效率為84.7％～92.0%，凈化過程中沒有新的氣態(tài)有機(jī)污染物生成?；趦艋囼?yàn)結(jié)果得出空氣凈化器甲醛反應(yīng)速率方程，建立有甲醛持續(xù)釋放實(shí)驗(yàn)房間應(yīng)用空氣凈化器室內(nèi)甲醛濃度變化數(shù)學(xué)模型，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)模擬結(jié)果基本可以反應(yīng)室內(nèi)甲醛濃度變化情況。通過人造板材使用量與室內(nèi)甲醛濃

7、度關(guān)系方程，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對空氣凈化器在實(shí)際房間的應(yīng)用進(jìn)行模擬，結(jié)果表明：空氣凈化器的間歇應(yīng)用可以保持室內(nèi)甲醛濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)，空氣凈化器應(yīng)用頻率與室內(nèi)人造板材等級及使用量密切相關(guān)。
　　本研究基于應(yīng)用固定式填充床光催化反應(yīng)器對甲醛降解的理論研究，自主設(shè)計(jì)新型填充式空氣凈化器，并對其凈化效果進(jìn)行模擬，為室內(nèi)空氣甲醛凈化提供了一種高效、實(shí)用的空氣凈化裝置。同時，對其應(yīng)用提供了指導(dǎo)，有助于人們更好的去除室內(nèi)甲醛污染，為人們提供安全的生活