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随着中国经济的高速发展,室内环境问题日益突出,室内空气污染已严重影响人们的身体健康。由于室内空气污染物主要是挥发性有机污染物,而甲醛又是其中最具代表性的物质,所以本论文将其作为目标污染物。
光催化法凭借其最终产物不会造成二次污染,反应缓和,无需苛刻的化学环境等优点日益受到科研人员的关注。但目前对它的研究还存在一些盲点,例如:污染气体初始浓度普遍偏高,与室内空气污染状况不符;对反应器形式的研究较少等等。所以本论文将针对这些问题进行一些有益的探讨研究。
本论文系统地分析了2005年北京市室内甲醛的监测资料,得到温度对室内甲醛浓度的影响要大于湿度的结论。然后对这些数据进行拟合,得出现有的理论公式不适用于预测实际状况下甲醛浓度的结论。建立室内污染状况预测模型是日后的一个研究方向。最后确定以2005年北京市室内甲醛年平均浓度0.4mg/m<2>作为实验研究中的初始浓度。
为了探讨反应器形式对反应的影响,按照设计原则,设计出四种反应器形式并利用Fluent软件进行模拟,最终确定两种反应器形式(切线进气一切线出气圆柱形反应器和双灯管箱式反应器)用于下一步实验研究。
本论文利用市售二氧化钛和活性炭成品,制备出十种活性炭/TiO<,2>光催化复合材料。同时验证紫外光在动态实验系统中不产生臭氧,也难以直接氧化甲醛。但在静态实验系统中,紫外光对甲醛有较明显的降解效果。然后利用静态实验系统进行实验,对十种光催化材料进行筛选。最终确定使用片系2号进行下一步动态实验。在动态实验中主要探讨处理气量、进口甲醛浓度、操作顺序对甲醛去除效率的影响。结果表明:处理气量为0.2m<3>/h时,系统处理甲醛的效率和反应速率达到最佳匹配点;由于室内甲醛的浓度一般较低,所以利用光催化法足以在一定时间内完全去除甲醛;正确的操作顺序是污染气体通入动态实验系统中后立即打开紫外光灯。
在动态实验中还对光强对甲醛去除效率的影响、粘结剂对甲醛去除效率的影响和复合材料性能稳定性进行了初探。在实验研究的过程中发现一些问题。例如:二氧化钛与活性炭之间的结合不牢固,二氧化钛粉末会随气流流失,导致光催化能力丧失;有机粘结剂(例如:双面胶)被催化降解,将产生新的挥发性有机物等等。这些是日后需要进一步研究探讨的问题。
虽然现在光催化法在实际应用中还存在一些问题,但是它的应用前景还是非常光明的。