集中空調(diào)系統(tǒng)中光催化降解室內(nèi)甲醛的研究.pdf

1、隨著室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)受到人們越來越多的重視，光催化作為提高IAQ的高科技前沿凈化技術由于其廣泛性、徹底性、安全性和持久性等特點而世界矚目。本文對影響光催化反應速率的因素進行了優(yōu)化分析，研究了一種能夠適用于集中空調(diào)系統(tǒng)的新型管網(wǎng)光催化凈化器，并結(jié)合真空紫外(VUV)技術加強了對甲醛的去除，最后對凈化器應用于房間時的室內(nèi)濃度及凈化器性能要求進行了預測，為光催化去除室內(nèi)甲醛在集中空調(diào)系統(tǒng)中的實際應用提供了理論依據(jù)。本文研究內(nèi)容及結(jié)論分述

2、如下： (1)基于反應動力學和質(zhì)量傳遞理論的催化劑膜厚優(yōu)化催化劑膜厚優(yōu)化是催化劑固定所特有的問題，本文針對甲醛連續(xù)流過多孔泡沫鎳網(wǎng)時的光催化降解，基于光催化反應動力學和質(zhì)量傳遞理論，建立了能夠預測催化劑最優(yōu)膜厚的數(shù)學模型。研究表明：反應速率隨著催化劑膜厚先是快速的增加而后到達一個穩(wěn)定的值。紫外(Ultraviolet，UV)光在催化劑層內(nèi)的衰減系數(shù)對最優(yōu)催化劑膜厚有著較大的影響，它可以使最優(yōu)膜厚有數(shù)量級上的改變。不同波長的UV光

3、，衰減系數(shù)變化較大，波長越短，UV光在催化劑層內(nèi)的衰減系數(shù)越大，最優(yōu)膜厚越小。該研究揭示了催化劑膜厚如何影響光催化反應速率以及模型參數(shù)如何影響催化劑最優(yōu)膜厚。 (2)基于多相催化穩(wěn)態(tài)理論的光強優(yōu)化UV光是光催化反應的驅(qū)動力，直接影響光催化的反應速率，同時UV光也是一種能源，它的合理使用對節(jié)約能源有著至關重要的意義。本文分析了光催化過程中的光能損失組成，著重針對電子-空穴對的復合損失，提出了使用合適光強對其進行有效控制以提高光能利

4、用率的思想，根據(jù)揮發(fā)性有機化合物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)的光催化降解機理并運用多相催化穩(wěn)態(tài)理論建立了預測光強的數(shù)學模型。為了方便應用，定義了過量系數(shù)，進一步簡化模型得到了估計合適光強的簡單方法，并通過文獻中和實驗中的甲醛光催化降解數(shù)據(jù)說明了該方法的使用。研究表明：根據(jù)所提出的方法來確定光強，能夠在保證好的降解性能的同時提高光能利用率。光強的大小與VOCs的種類和濃度、催化劑和載體的屬性以及UV光的波

5、長有關。該研究為節(jié)約光能提供了新思路。 (3)集中空調(diào)用光催化凈化器的設計和優(yōu)化集中空調(diào)系統(tǒng)有著流速高的特點，如何增加反應物的停留時間，同時降低凈化器的壓力損失是集中空調(diào)用凈化器設計的兩個重要問題。本文本著增加迎風面積可降低迎面風速和壓力損失的思想研究了一種新型管網(wǎng)光催化空氣凈化器，考察了凈化器的阻力特性、光解和光催化降解室內(nèi)濃度的甲醛的特性以及光能效率，并針對該結(jié)構(gòu)類型的凈化器提出了尺寸優(yōu)化設計步驟。結(jié)果表明：該凈化器具有表面

6、光強均勻、壓力損失小以及光能效率高等優(yōu)點，可以通過改變迎風面積來靈活適用于具有不同流速的集中空調(diào)系統(tǒng)，還可以通過增加反應單元的數(shù)量來進行大比例應用。根據(jù)尺寸優(yōu)化設計步驟進行設計，可合理的選擇光源，在保證降解速率的同時使得能耗最小。 (4)VUV聯(lián)合光催化加強對甲醛降解的實驗研究采用VUV這一較為經(jīng)濟的方法與光催化技術相結(jié)合來進一步提高對室內(nèi)典型濃度的甲醛的降解效率，從技術上和經(jīng)濟上對該混合方法降解甲醛的可行性進行了實驗研究和理論

7、研究，并對其中的一些反應機理進行了研究。結(jié)果表明：該混合過程在技術和經(jīng)濟上都是可行的，一個突出的優(yōu)點是VUV和光催化能夠優(yōu)勢互補，VUV能在光催化的基礎上大大提高對甲醛的降解效率，而光催化能夠去除VUV產(chǎn)生的過量臭氧。該混合過程與光催化過程相比，當處理空氣量為518m3/h，甲醛濃度為0.6mg/m3時，去除每kg甲醛節(jié)省成本約44％。由于室內(nèi)材料對臭氧有多相分解作用，新風對臭氧有稀釋作用，再加上光催化凈化裝置對回風中的臭氧有分解作用，

8、使得允許混合系統(tǒng)生成的最大臭氧濃度高于WHO規(guī)定的室內(nèi)臭氧濃度標準極限值。本文研究的VUV-光催化混合空氣凈化系統(tǒng)能夠應用于實際工程中。 (5)光催化凈化器性能要求、使用時間和最高能耗要求的預測采用建筑材料的散發(fā)特性研究與光催化凈化器的性能研究相結(jié)合的方法，分析了凈化裝置的去除效率對室內(nèi)甲醛濃度和散發(fā)率的影響，并根據(jù)這些研究對光催化凈化器的性能要求和使用時間進行了預測和分析，最后通過與通風方法的比較，對凈化器最高能耗要求進行了預

9、測。研究表明：凈化裝置的去除效率和自凈時間的冪函數(shù)成線性關系，且線性系數(shù)受材料內(nèi)部擴散系數(shù)的影響很大。當材料的散發(fā)過程由內(nèi)部擴散過程控制，且當使用凈化裝置時的室內(nèi)濃度降低速率不大于不使用凈化裝置的降低速率時，凈化裝置的使用不會增加室內(nèi)VOC的去除速率，唯一的作用是將室內(nèi)濃度控制的較低，但是否可以停止凈化裝置的運行，還取決于VOC劑量對人體健康的影響。在光催化和通新風具有相同自凈時間的前提下，通新風的方法為光催化凈化裝置的最高能耗提出了要