固體超強酸光催化劑的制備及改性降解室內(nèi)甲醛氣體的試驗研究.pdf

1、由建筑材料及家具排入室內(nèi)空氣中的甲醛對人體健康產(chǎn)生不利影響，尤其是在室內(nèi)裝修不斷普及的今天，室內(nèi)空氣中的甲醛污染引起了人們的極大關(guān)注。而近些年興起的納米TiO2光催化氧化技術(shù)是降解室內(nèi)甲醛的一種有效方法，但此技術(shù)目前存在著光生載流子的復(fù)合率較高、太陽光利用率低的問題。本課題主要通過研究改性固體超強酸光催化劑，使其能夠在這兩個方面有所突破。
　　 本論文首先制備純的二氧化鈦光催化劑粉末，基于本課題組長期研究得出的配比的基礎(chǔ)上，加入

2、硝酸作為水解抑制劑，不僅可以縮短溶膠凝聚的時間，而且能夠在一定程度上提高光催化性能；利用數(shù)理統(tǒng)計中的單純形優(yōu)化方法對各個配比進行優(yōu)化，并且使用X射線衍射（XRD）技術(shù)對樣品的晶型進行了表征分析。接著引入硫酸以及稀土元素鑭制備出改性固體超強酸光催化劑降解室內(nèi)甲醛，且對制備得到的改性固體超強酸光催化劑晶型表征分析，并與純二氧化鈦光催化劑進行比較。然后將降解效果最優(yōu)的光催化劑負載于涂料之上，降解室內(nèi)甲醛，得到最優(yōu)的負載方法。最后，通過初始濃度

3、的不同，降解過程不同，得到以白熾燈作為模擬光源，改性固體超強酸光催化劑降解室內(nèi)甲醛的動力學(xué)方程。
　　 研究結(jié)果表明：
　　 ①本文在制備純納米TiO2時通過添加硝酸抑制水解反應(yīng)，從而提高了其光催化性能。按照n(Ti):n(HNO3)分別為1：0；1：0.25；1：0.5；1：0.75；1：1來安排試驗，最后得出，n(Ti):n(HNO3)=1：0.25為最佳添加量。
　　 ②運用單純形優(yōu)化試驗進一步優(yōu)化配比，得

4、到性能更好的光催化劑。當n(H2O)/n[Ti(OC4H9)4]=3.46,n(C2H5OH)/n[Ti(OC4H9)4]=26.49,n(HNO3)/n[Ti(OC4H9)4]=0.34，n(NH(C2H5OH)2)/n[Ti(OC4H9)4]=1.21時，該光催化劑在紫外燈下對甲醛的去除率可達34％。
　　 ③用正交試驗制備SO42--TiO2固體超強酸光催化劑，正交試驗選擇了三個影響因子：浸漬時間，浸漬濃度，煅燒溫度。通過

5、方差分析可以得出：因子A浸漬硫酸濃度最重要，煅燒溫度次之，即順序為浸漬硫酸濃度＞煅燒溫度＞浸漬時間。
　　 ④La3+-SO42--TiO2(500℃)樣品的平均粒徑為21.3nm，與純納米TiO2樣品平均粒徑為25.8 nm相比，所制備的改性固體超強酸納米光催化樣品粒徑尺寸較小，比表面積較大。
　　 ⑤在紫外燈作為光源下，鈦鑭比為0.25時La3+-SO42--TiO2光催化劑性能最強。白熾燈作為光源，SO42--Ti

6、O2固體超強酸光催化劑在可見光下對甲醛的去除率為27.08％，La3+-SO42--TiO2光催化劑的去除率為39.22％。
　　 ⑥利用有機粘結(jié)劑先與光催化劑混合分散均勻，然后再噴涂于風干涂料之上的方法研究了不同負載量、不同光強之下甲醛的去除率。紫外燈下，在涂料上負載1：0.25的光催化劑時，涂料對甲醛有了一定的去除效果，當達到1：0.75時，效果最佳，但是添加量增大到1：1時，去除率卻在下降。進一步研究在白熾燈下甲醛的去除率

7、，在白熾燈模擬太陽光源的試驗中，La3+-SO42--TiO2改性涂料的3小時光催化去除效率達到了37.25％⑦通過研究白熾燈作為光源，La3+-SO42--TiO2改性固體超強酸光催化劑負載于涂料之上降解室內(nèi)甲醛的動力學(xué)方程。初始濃度不同，甲醛的去除過程也不一樣。先假設(shè)各初始濃度下甲醛的降解符合一級動力學(xué)方程。通過回歸分析驗證其在180分鐘內(nèi)的降解是屬于一級反應(yīng)，并且得到了降解速率常數(shù)和表觀吸附平衡常數(shù)分別為k=0.0036mg/m3