设计小体积密闭试验舱评价甲醛降解效率.doc

设计小体积密闭试验舱评价甲醛降解效率.doc1 设计小体积密闭试验舱评价甲醛降解效率摘要:本文设计一个半开放式综合性实验项目,运用自制的小体积密闭试验舱来检测纳米 TiO2 材料对甲醛光催化降解性能。实验设计中, 对舱体进行综合评价后,选取水热法制备的铁掺杂纳米 TiO2 和氮掺杂纳米 TiO2 作催化剂降解甲醛,比较了其在可见光下对甲醛的降解效果,最后通过动力学研究可知甲醛在纳米 TiO2 表面氧化反应符合一级动力学方程。该综合性实验项目设计覆盖了多学科交叉的综合训练, 有助于把学生培养成“具有创新精神和实践能力的高级专门人才”。关键词:密闭试验舱;掺杂纳米 TiO2 ;甲醛降解;实践教学中图分类号: 文献标志码: A 文章编号: 1674-9324 ( 2016 ) 38-0047-02 有机污染物是环境中对人们日常生活影响很大的污染物, 光催化降解有机污染物是近年研究热点之一[1-3] 。为了帮助学生提高解决实际问题的能力, 北京科技大学化学与生物工程学院实验室将专业课教师科研课题项目中代表性的内容转化为实验教学内容, 取得一定成效。例如, 实验教学中设计了一个半开放式综合设计性实验项目, 该项目以取水热法制备的铁掺杂纳米 TiO2 和氮掺杂纳米 TiO2 作催化剂[4] ,分析和研究其对甲醛的降解, 教师还专门设计了一个小体积密闭试验舱, 用来模拟甲醛等挥发性有机化合物室内空气污染的检测。一、实验设计目的 2 本综合性实验设计目标是培养学生:(1) 了解光催化氧化技术及其在环境中的应用进展;(2) 了解试验舱设计及性能评价体系;(3) 掌握利用光降解实验评价纳米 TiO2 光催化活性的方法;(4 )培养学生解决实际问题能力和科学思维****惯; 二、仪器及试剂 1. 仪器。自制 64L 密闭实验舱; QC-2 大气采样器( 北京市劳动保障研究所), 722 型分光光度仪(上海第三分析仪器厂)。 2. 试剂。铁掺杂纳米 TiO22 粉体( Fe/Ti 为 1at% ~ 5at% ) 与氮掺杂纳米纳米 TiO2 粉体( 均为自制), 甲醛标准溶液( , 国家环保局), 乙酰***( 北京化学试剂厂), 冰醋酸( 北京化学试剂厂), 醋酸铵( 北京化学试剂厂)。三、试验舱的设计试验舱舱体由钢化玻璃板制作,为小体积 64L 的正方体型试验舱,边长 40cm ,顶部有一个可取下的边长为 44cm 钢化玻璃盖,其结构示意见图 1 。舱顶分别安装节能灯和电扇,使标准溶液在短时间完全挥发且均匀快速扩散到气候舱中, 舱体侧面留有甲醛采样孔。舱盖选用惰性密封材料保证与舱体密封良好,并且密封材料与舱内空气的接触面积要尽可能小。舱身外部用锡纸严密包覆,避免外界条件变化对降解效果评价产生影响。四、实验方法根据国标规定的标准方法[5] ,在采样管中注入 8mL 二次蒸馏水作为甲醛吸收液,开启大气采样器采集实验舱中的气体 20min ( 5mL/min ) ;用水稀释定容至 10mL ,加 % 乙酰***溶液 ,混匀,置于沸水浴加 3 热 3min ,取出冷却至室温。用 1cm 吸收池,以空白试剂为参比,于波长 413nm 处测定吸光度值,计算实验舱内甲醛的浓度。五、实验数据 1. 试验舱性能评价。向舱内加入 μL 浓度为 的甲醛溶液, 当甲