碳納米管-二氧化鈦-殼聚糖光催化降解苯的數(shù)值模擬.pdf

1、室內(nèi)空間是人們生活的主要場(chǎng)所，室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量對(duì)人體健康有著極其重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物是造成室內(nèi)污染的主要物質(zhì)，苯是常見(jiàn)的室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物，具有強(qiáng)烈的毒性。因此，降低室內(nèi)空氣中的苯含量具有重要意義。
　　 本研究采用溶膠-凝膠法制備納米復(fù)合材料二氧化鈦/碳納米管(CNTs)，然后利用殼聚糖作為交聯(lián)劑，制得二氧化鈦/碳納米管/殼聚糖復(fù)合材料催化薄膜，通過(guò)傅立葉紅外光譜(FT-IR)、X射線衍射(XRD)、透射電鏡掃描(TE

2、M)和紫外-可見(jiàn)光漫反射(UV-vis)等技術(shù)分析了復(fù)合材料薄膜的組成、結(jié)構(gòu)、形貌和對(duì)光的吸收性能，然后使用該催化劑對(duì)室內(nèi)常見(jiàn)的污染物苯進(jìn)行降解，并在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，使用催化劑二氧化鈦(P25)/殼聚糖對(duì)苯進(jìn)行降解，研究新制備的催化劑的降解性能。
　　 本文采用實(shí)驗(yàn)和CFD模擬的方法研究光催化降解苯的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。選擇Langmiur平衡吸附模型，采用L-H動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述催化反應(yīng)的降解過(guò)程。描述了平板型反應(yīng)器的降解實(shí)驗(yàn)過(guò)程及其

3、控制步驟，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)口和出口污染物濃度(Cin和Cout)值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到反應(yīng)速率常數(shù)。FLUENT是常用的CFD數(shù)值模擬軟件，通過(guò)對(duì)控制方程的離散計(jì)算，可以得到所計(jì)算區(qū)域的速度分布、溫度分布和濃度分布以及速度、溫度和濃度值。本次研究采用FLUENT軟件模擬光催化反應(yīng)器中的光催化降解反應(yīng)，選擇層流模型描述污染物的流動(dòng)，采用用戶自定義函數(shù)(UDF)進(jìn)行編程，描述反應(yīng)過(guò)程，表示出反應(yīng)面上降解的苯的量，采用LSSE光輻射模型計(jì)算反應(yīng)

4、面上的光照強(qiáng)度。
　　 詳細(xì)的分析了FLUENT的模擬過(guò)程：網(wǎng)格劃分，控制方程和UDF程序。采用GAMBIT軟件對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)控制方程以及對(duì)UDF的編程過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的描述，同時(shí)對(duì)LSSE模型計(jì)算的反應(yīng)面上的光照強(qiáng)度進(jìn)行了分析，得到光源距離反應(yīng)面的比較合適的距離。最后導(dǎo)出FLUENT模擬計(jì)算出的反應(yīng)器內(nèi)的速度場(chǎng)和濃度場(chǎng)，并對(duì)其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)速度和濃度的分布和實(shí)驗(yàn)結(jié)論是基本吻合的。導(dǎo)出數(shù)值計(jì)算出的出口壁面上的苯的濃度的平