活性炭纤维负载改性纳米TiO2降解甲醛的研究

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甲醛作为室内空气污染的常见有害性气体之一,严重影响室内空气品质的提升,越来越被国内外人们所重视。光催化技术虽对环境比较友好,但却面临着降解效率不高、光利用率低等问题。因此本文一方面对纳米TiO2进行改性,提高其光催化活性;另一方面利用活性炭纤维(ACF)良好的物理吸附性能,将改性纳米TiO2与ACF进行负载复合,可以有效地提高室内甲醛的降解效率。(1)本文以钛酸四丁酯为钛源,利用溶胶-凝胶法制备出纯TiO2、Fe3+和Ag+分别单掺杂及共掺杂的TiO2,运用热重(TG)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及紫外可见分光光谱分析(UV-Vis DRS)表征技术进行分析。由测试结果可知,在500℃煅烧下,纯TiO2主要以锐钛矿存在,Fe3+、Ag+分别单掺和共掺杂对纳米TiO2由锐钛矿相向金红石相转变有一定的促进作用;Fe3+和Ag+共掺杂(质量比m(Fe):m(Ag):m(TiO2)=0.5%:1.5%:1)纳米TiO2的晶型结构、晶粒形貌、分布及粒径大小最优,比Fe3+、Ag+分别单掺和纯纳米TiO2的颗粒明显性增强,粒度分布更加均匀,晶粒直径最小,约为1318 nm;共掺纳米TiO2光吸收边的红移量较为明显,约从400 nm红移到500 nm,光吸收范围变宽,并向可见光拓展,UV-Vis DRS光谱结果表明,Fe3+和Ag+二者共掺杂改性纳米TiO2时具有一定的协同作用,有助于改善TiO2的光催化性能。(2)采用浸渍提拉的方法制备ACF负载各种光催化剂(ACF,纯TiO2,Fe3+、Ag+分别单掺杂及共掺杂的TiO2)的复合材料,探讨不同复合材料的甲醛降解率。由实验结果知,Fe3+和Ag+共掺杂纳米TiO2/ACF复合材料在同等条件下光降解甲醛的效率较好,两盏10 w紫外灯照射下3 h内达87.3%,Fe3+和Ag+共掺对光催化降解甲醛有一定的协同作用。(3)通过探究不同条件对复合材料光催化降解甲醛的性能知,Fe3+和Ag+共掺杂的纳米TiO2在500℃煅烧下制得的复合材料对甲醛的降解率较好,3 h内达87.3%,煅烧温度会直接影响复合材料降解甲醛的效率;Fe3+和Ag+最佳单掺杂量分别为0.5%、1.5%;铁和银共掺的最佳质量比为m(Fe):m(Ag):m(TiO2)=0.5%:1.5%:1;负载1.35g共掺光催化剂的复合材料甲醛降解率较好,3h达87.3%,适量的负载量可以发挥ACF物理吸附和掺杂剂光催化的协同作用,提高甲醛的降解率;紫外光强度可以提高甲醛的降解率,且随紫外光强的增强而增加,在3种(6w和10w紫外灯及25w白炽灯)灯照射下,10 w紫外灯下甲醛降解率较好,为87.3%;此外,降解时间的进一步延长,甲醛降解率增长缓慢(34 h),在3.5 h时基本保持不变。
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