基于表面粘附效应的空气颗粒物净化研究

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高比表面积材料能与周围气体中的成分大面积接触,从而赋予了材料对气体中颗粒物(PM)的高效的表面粘附性能。将材料表面粘附效应应用到室内空气中颗粒物的净化上,可以解决现有空气净化技术的高成本、低效率以及引入新污染物等不足。本文就是基于表面粘附效应的净化机理,研究了高比表面积活性炭和纳米纤维对空气中颗粒物的粘附性能。主要的研究成果如下:(1)实验制备的核桃壳基高比表面积活性炭可以有效地粘附空气中的颗粒物。试验结果表明,该炭材料对PM0.3~PM10之间的六种颗粒物,其粘附率在90.6%~93.2%之间,对我们十分关心的PM2.5的粘附率达到92.2%。同时,随着比表面积的增大,其对颗粒物的粘附率也相应的提高。(2)实验自行设计了一套加热脱附装置,利用加热脱附的方法进行脱附活化,探究温度对活性炭表面颗粒物脱附性能的影响。实验结果表明,在一定范围内,随着温度的升高颗粒物的脱附率也增大。当脱附活化温度为180℃时,对炭表面PM0.3~PM10之间的六种颗粒物脱附效率分布在70.4%~81.2%之中。(3)利用静电纺丝技术制备出了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维和添加氧化石墨烯(GO)的GO/PAN复合纳米纤维,实验结果表明,GO/PAN复合纳米纤维的拉伸强度较PAN纳米纤维有着显著提高,且在一定范围内,随着GO含量的增大而增强。当GO质量分数分别为0.015%、0.03%、0.05%时,GO/PAN复合纳米纤维比PAN纳米纤维的拉伸强度分别提高了20.0%、33.8%、36.1%。(4)在PM2.5浓度为460μg/m3的环境中,PAN纳米纤维的粘附率达到95%,而GO质量分数为0.015%、0.03%、0.05%的GO/PAN复合纳米纤维粘附率分别为98.5%、99.2%、99.6%,这表明两种纳米纤维均具有优越的粘附性能。通过本论文对高比表面积活性炭材料以及纳米纤维材料粘附空气中颗粒物的研究,证明了利用材料的表面粘附效应可以有效地净化空气,建立了新的研究基础,并且创新研究出一种优越的颗粒物净化技术,为下一步更好的治理空气中颗粒物污染提供了一种新的有效技术。
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