论文部分内容阅读
甲醛、甲苯等挥发性有机气体（VOCs）是室内空气污染物的主要成分,对人类的健康构成了严重威胁。作为有效去除VOCs的方法,光催化降解技术因催化效率高、清洁无污染等优点受到了人们的广泛关注。许多学者研究发现,将光催化材料掺入传统建筑内墙涂料中,可有效去除室内的VOCs。然而,单独采用Ti O2等光催化材料时,存在可见光利用率低、光催化效率较差等问题。目前,常用的墙体涂料中有机成分多为硅丙乳液、苯丙乳液,这类涂料在使用过程中往往自身会释放出VOCs,而且在结合Ti O2等光催化组分时,涂料中的有机物会面临着被降解的风险。此外,常用的涂料结构致密,仅有表面能够实现催化净化,难以充分发挥涂料整体的光催化性能。为提升光催化剂的催化活性以及光谱响应范围,本文采用Bi VO4、氧化石墨烯对Ti O2进行改性,以光催化活性为指标筛选出性能最优的石墨烯-Bi VO4-Ti O2（Gr-Bi VO4-Ti O2）复合型催化剂;通过煅烧处理废弃贝壳,可获得结构疏松、孔隙连通的贝壳粉,以结合Gr-Bi VO4-Ti O2制备具有紫外-可见光光催化性能的多孔光催化涂料。主要研究内容和结论如下:（1）利用水热合成法,研究了水热温度、水热时间对Bi VO4催化性能的影响,得出在180℃、10h的制备条件下,获得了催化性能较好的Bi VO4,3h内对100ml 10mg/L Rh B的去除率为49%;利用Bi VO4改性Ti O2,考察了Ti O2的添加量对Bi VO4-Ti O2催化性能的影响,得出Ti O2添加比为23.6%时,获得了催化性能较好的Bi VO4-Ti O2,3h内对100ml 10mg/L Rh B的去除率为65%,SEM图片显示添加的Ti O2均匀附着在Bi VO4颗粒上,这有利于Bi VO4-Ti O2催化性能的提升;使用氧化石墨烯改性Bi VO4-Ti O2,研究考察了氧化石墨烯的掺量对Gr-Bi VO4-Ti O2复合型催化剂催化性能的影响,得出氧化石墨烯的掺量为3%时,获得了具有较高紫外-可见光光催化性能的Gr-Bi VO4-Ti O2复合型催化剂,2h内对100ml 10mg/L Rh B的去除率为100%,SEM图片显示Bi VO4-Ti O2颗粒均匀附着生长在片层状的石墨烯上,且石墨烯之间并未发生交叉重叠现象;FTIR分析发现Bi VO4与Ti O2、石墨烯之间不存在任何的化学键,只是简单的物理吸附,而Ti O2与石墨烯之间存在化学键,形成了Ti-O-C键,并结合电化学分析可知,Bi VO4、Ti O2和Gr三者之间的协同作用加速了光生电子-空穴的迁移,有效地避免了两者的复合,从而提高了Gr-Bi VO4-Ti O2复合型催化剂的光催化性能。（2）将废弃的扇贝贝壳进行煅烧处理,分析了煅烧温度、煅烧时间对贝壳的组成、结构、形貌、比表面积及孔径大小分布的影响。结果表明:Ca CO3在600℃时开始分解,于800℃时分解完全,并在温度为774℃时,其分解反应速率最大;随着煅烧温度的升高,煅烧时间的延长,SEM图片显示贝壳粉颗粒由最初的层状结构,逐渐形成疏松多孔结构,最后演变成了板状结构;最佳的优化处理条件是800℃下煅烧处理1h,该条件下获得的贝壳粉比表面积最大,为3.52m2/g;SEM图片显示贝壳粉颗粒为疏松多孔结构,存在较多纳米级的连通孔,平均孔径大小为18.6nm。（3）确定涂料中各组分配比,按照涂料制备工艺流程将各个组分混合均匀,并兑以一定比例的去离子水,制备得到一种贝壳粉基光催化环保涂料。考察了涂料对甲醛气体的降解效率,在经过光照6h之后,该涂料对浓度为1.666mg/m3的甲醛气体的去除率为10.7%;通过5次循环降解甲醛气体实验发现,涂料降解VOCs的稳定性与耐久性良好;此外,经过一系列涂料基本性能测试,得知,贝壳粉基光催化环保涂料的测试结果都符合国家标准。