基于二氧化钛光催化剂技术的鱼粉废气净化设备研制

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鱼粉富含高品质和必需的营养物质(蛋白质)、均衡的氨基酸、必需的脂肪酸以及能量成份,是绝大部分水产养殖和畜牧养殖饲料中不可或缺的组成部分。目前主要应用在水产养殖业、家畜饲养和人类保健方面。然而鱼粉在加工过程中产生大量的废气,污染了环境,也影响人们的生活和身心健康。纳米二氧化钛(TiO2)光催化剂具有光催化活性高、光化学稳定性好、安全无毒,成本低等一系列优异性能,在许多领域得到了很多应用,尤其在净化环境方面展现出良好的应用前景,是一种很具潜力的光催化剂。因此,基于TiO2光催化剂技术对鱼粉废气净化设备进行研究具有重要的意义。本文主要对鱼粉废气降解设备关键技术--大面积(大于10cm×10cm)Ti/TiO2纳米管阵列光催化网(薄板)的电化学阳极氧化法制备工艺进行了研究,并用SEM、XRD及UV-Vis紫外可见漫反射吸收光谱等对Ti/TiO2纳米管阵列光催化网进行了形貌、结构和紫外光吸收性能进行了表征;采用电化学工作站对Ti/TiO2纳米管阵列电极进行电流-电压曲线及光电压响应曲线等光电性能的测试;以10mg/L甲基橙溶液作为目标降解物,高压汞灯作为光源,照射1h,进行了Ti/TiO2纳米管阵列光催化降解试验;设计了二氧化钛光催化鱼粉废气净化装置,并测试了该装置降解鱼粉废气的性能。研究获得了以下结果:(1)获得了电化学阳极氧化制备大面积(10cm×10cm)Ti/TiO2纳米管阵列光催化剂工艺:钛网作为阳极,另一相同面积的钛网作为阴极,直流电压为20V,电解液为NH4F: H2O: C3H8O3为1:20:79wt%,室温下阳极氧化时间通常为45分钟,热处理温度为500℃,热处理时间是2h。(2)工作电压为20V下制备的Ti/TiO2纳米管阵列结构整齐,孔径50nm左右,具有很大的吸附表面积;Ti/TiO2纳米管阵列由锐钛矿和金红石混合相组成,但锐钛矿为主晶相;Ti/TiO2纳米管阵列的吸收边为385nm,可吸收波长385nm以下的紫外光;对光电性能进行测定表明:20V下制备的Ti/TiO2纳米管阵列光催化剂在紫外光照射下产生很好的光电效应,电流迅速提高到达–0.034mA,扫描电压达到0.5V(vs.SCE)处,光电流可达到1.3mA/cm2。(3)对目标降解物甲基橙的降解效果研究表明,电压为20V时制备的Ti/TiO2纳米管阵列光催化剂降解甲基橙的速度最快,2小时内降解率达到95%。(4)利用设计的降解装置对鱼粉废气的降解性能进行测试表明:在紫外灯照射下,流量为100ml/min鱼粉废气经过Ti/TiO2网时,可以起到降解效果,而且降解效果随着TiO2网的数量增加而更好。
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