光催化氧化技术降解室内甲醛气体研究.pdf

国内图书分类号:TD34国外图书分类号::齐 虹导师:孙德智教授申请学位:工学博士学科、专业:环境工程所在单位:哈尔滨工业大学答辩日期:2007 年7 月授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index: : for the Doctoral Degree in Engineering STUDY ON DEGRADATION OF INDOOR FORMALDEHYDE GAS BY PHOTOCATALYTIC OXIDATION PROCESSES Candidate: Qi Hong Supervisor: Prof. Sun Dezhi Academic Degree Applied for:Doctor of Engineering Specialty: Environmental Engineering Current Position: Harbin Institute of Technology Date of Oral Examination: July, 2007 University: Harbin Institute of Technology 摘要- I - 摘要室内空气的污染已成为世界各国广泛关注的环境问题,甲醛作为一种常见的重要空气污染物,已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸物质,对其有效处理受到了国内外普遍的关注。从目前在研究成果看室内空气中甲醛的降解技术的研究还处于实验室研究阶段, 多是静态实验研究, 或低流速下的动态实验研究,距实用化还有较大的差距。如何建立高效的室内空气中甲醛的净化方法一直是改善室内空气品质的前沿课题。本论文主要研究了用光催化氧化技术处理室内甲醛气体,包括:二氧化钛光催化剂的制备和表征、光催化反应过程的各个影响因素和反应动力学的研究;考察了催化剂失活;初步探讨了甲醛的光催化降解的机理。本文采用溶胶-凝胶法制备了负载镍网的TiO2催化剂,以XRD、TEM、BET和SPS等测试技术,对制备的的催化剂进行了表征, 结果表明溶胶凝胶法制备TiO2薄膜催化剂是以锐钛矿型存在的,。BET测定结果表明:。.本文采用间歇法研究了光催化氧化技术处理甲醛气体,研究了包括相对湿度、甲醛初始浓度、温度和臭氧量对甲醛气体降解的影响。结果表明,最佳相对湿度为30%左右,较低的甲醛初始浓度,其光催化降解率较高。但单位催化剂上甲醛去除负荷是随甲醛初始浓度的增大,呈先增大后减少变化。温度的升高有利于甲醛的降解。甲醛的降解率随着臭氧量的增大明显升高,且臭氧与光催化氧化工艺具有协同作用。动力学研究表明,甲醛光催化降解反应可用Langmuir-Hinshelwood动力学方程来描述,在所研究条件范围内,甲醛光催化降解符合一级反应动力学。本文采用连续流光催化反应器处理甲醛气体,研究了相对湿度、初始浓度、停留时间和臭氧的加入量对甲醛降解的影响。实验结果表明,,采用UV/TiO2/% %,而采用UV/TiO2工艺甲醛降解率从72%降至21%。在所研究的相对湿度范围内,UV/TiO2/% to %,但是UV/%%。随着停留时间的延长UV/TiO2/O3和UV/TiO2工艺的降解率都增加,但在停留时间低的条件下(40 s)UV/%而UV/TiO2/%,在长停留时间(300 s)的条件下,两个工艺的降解率都超过95%。当臭氧的加入量从49哈尔滨工业大学工学博士学位论文- II - 增加到141 mg/m3, %%。在所有实验条件下采用UV/TiO2/O3工艺的甲醛降解效果明显高于UV/TiO2工艺。本文研究了室内低浓度甲醛光催化降解的影响因素。研究结果表明,臭氧的加入可以极大的提高甲醛光催化氧化的降解率, , 空气中臭氧残余未检出,所以在UV/TiO2/,甲醛降解后的残余量()低于WHO的标准(/ m3)。本文对光催化降解甲醛的机制进行了探讨,采用气相色谱质谱联机(GC-MS)和离子色谱仪(IC)检测甲醛降解的中间产物HCOOH和HCO3-,采用电子自旋共振(ESR), 检测到光催化工艺中产生的·OH自由基、·HO2自由基、·O2-自由基和·CO2等自由基,探