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随着世界经济的快速发展,人们的生产、生活越来越多的是在室内进行的,中国标准化协会日前提供的一项调查结果显示现代人平均有90%的时间生活和工作在室内,68%的疾病是由于室内空气污染造成的,室内空气质量已成为影响人们身体健康的重要因素,由室内空气污染造成的危害已经引起人们的广泛关注。一些专家认为,继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染后,现代人正进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。而现代工业和室内装修所带来种种污染,如苯、氨、甲醛等,严重影响了人们的身体健康。针对这种情况,出现了室内空气净化技术,如物理吸附净化技术,膜分离净化技术,生物过滤技术,静电技术,等离子体技术,负离子技术,光催化净化等等,他们都存在各自的优点和缺陷。本文利用本实验室自制的纳米铜锌金属簇用于室内空气净化的性能研究,利用纳米铜锌金属簇的吸附作用和微电池氧化还原作用同时发挥功效。本文主要内容包括:测试了纳米铜锌金属簇对室内空气中的苯、氨、甲醛、VOCS等目标污染物降解效果;对降解前后纳米铜锌金属簇进行表征分析;对纳米铜锌金属簇的降解反应机理进行了研究和探讨。
本文以本实验室开发研制的纳米铜锌金属簇为原料,对室内空气中主要污染物,苯、氨、甲醛、VOCs进行降解效果测试,考察了材料用量、流速、污染物浓度、床层高度等因素对去除率的影响。测试发现:污染物的浓度在0-4 mg/m3内,流速在0-2 m3/h内,去除率是随着材料用量和床层高度的增加是不断增大的;空气流速越快,去除率越来越小;床层高度越高,纳米铜锌金属簇的去除率也越高。在除氨实验中发现:当材料用量高于40g,床层高度在4.0cm以上时,其去除率十分稳定,可达85%以上,能使超标40倍的氨浓度降到国家标准以内;在除苯试验中发现:当污染物的浓度在0-3.6mg/m3内,流速在0-2 m3/h内,所用的滤料达到100g,床层高度为10.5cm,空气流速为2.0m3/h时,具有稳定的去除效果,去除率达到90%以上;在除甲醛试验中发现:污染物的浓度在0-4 mg/m3内,流速在0-2 m3/h内,当材料用量达到120g,床层高度在12.8cm,流速为2.0m3/h时,其去除率为90%以上,达到较佳去除效果。
本文用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外、XPS等方法对纳米铜锌金属簇进行了表征。通过SEM分析发现:Cu、Zn以双金属簇的形式均匀分布于分子筛中,经过较长时间电化学降解后的纳米铜锌金属簇表面变化很大,出现了较大的裂痕和塌陷。样品的XRD图谱分析在2θ处观察不到金属Cu、Zn的衍射尖峰,表明了样品中的Cu、Zn元素基本上是以金属簇形式高度均匀的分散在分子筛孔道中的;由XPS表征分析表明:反应后的样品中出现了大量的二氧化碳,处理氨后的样品中含有氨:由红外图谱发现在反应后的样品中含有未氧化还原完全的苯、氨、甲醛,反应之前的纳米铜锌金属簇由于没有和污染物直接接触,所以其谱图的吸收峰很弱,反应之后的谱图吸收峰十分强大,这正说明了纳米铜锌会属簇有良好的吸附性能和净化能力。探讨了铜锌电位差对反应的影响,阐述了电化学催化降解反应机理。通过纳米铜锌金属簇表面的无数小电池的电化学效应及其优良的吸附性能,可以有效改善室内空气环境。关键诃:纳米铜锌金属簇;室内空气净化;VOCs;苯;氨;甲醛