【正文】 TiO2表面在包覆了炭之后，提高了TiO2從銳鈦礦相轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相的相變溫度，并且可以抑制晶粒長大。但Tryba等的研究卻表明，ACPTiO2較高的催化活性是因為AC的存在可以加速TiO2的高溫相變，從而利于形成混晶結(jié)構(gòu)。高偉等認為粒子表面由于其較高的表面能，隨著燒結(jié)溫度的升高，易于形成表面為金紅石薄層而內(nèi)部為銳鈦礦型的這種包覆結(jié)構(gòu)，金紅石薄層并沒有阻擋住銳鈦礦激發(fā)價帶電子所需的光。由于兩種晶型TiO2的費米能級不同，在兩相界面間能產(chǎn)生Schottky勢壘，可促進電子及空穴的轉(zhuǎn)移、分離并遷移到催化劑表面，增加其催化效果。第3章 實驗設(shè)計 溶膠一凝膠法制備 TiO2/ACF復合光催化材料按照溶膠負載于A CsF 上的方式不同， 分為溶膠一凝膠浸漬法和溶膠一凝膠涂覆法， 具體操作如下：(1)溶膠一凝膠浸漬法①量取 10mL欽酸丁酷，在攪拌條件下緩慢滴加到16 mL無水乙醇和4mL冰醋酸的混合液中，制成溶液A 。 ②將2mL去離子水和8mL無水乙醇混合，制成溶液B 。 ③將 B 在劇烈攪拌下滴入A，滴速控制在每秒1滴 ，制成溶膠溶液 。④將活化好的同規(guī)格的ACFS放入溶膠溶液中，置于超聲振蕩器中， 采用浸漬一提拉法實現(xiàn)負載，30分鐘后取出吹至半干。⑤將TiO2/ACFS在馬福爐中100℃保溫1小時，升溫至400℃焙燒2h，取出慢慢冷卻至室溫，然后放入干燥器中干燥至恒重(約24)h后稱重。（2）溶膠一凝膠涂覆法①量取10mL欽酸丁酷，在攪拌條件下緩慢滴加到16mL無水乙醇和4 mL冰醋酸的混合液中，制成溶液A 。②將2m去離子水和8m無水乙醇混合， 制成溶液B。③將 B 在劇烈攪拌下滴入A，滴速控制在每秒1滴，制成溶膠。④溶膠凝膠化，凝膠時間為2h 左右。⑤將凝膠涂在活化好的同規(guī)格的ACF表面，吹至半干，放入電阻爐中100℃保溫1h，升溫至400℃焙燒2h，取出慢慢冷卻至室溫， 然后放入干燥器中干燥至恒重 (約24h)后稱重，記錄數(shù)據(jù)(負載后稱重，單位 g)。 光催化同時脫硫脫硝凈化VOC實驗系統(tǒng)設(shè)計及方法實驗過程中，將配制好的 SO2和NOx(90%NO+10%NO2%)氣體，通過調(diào)節(jié)各自的流量，分別或同時與氮氣和氧氣按不同流量比例在混氣瓶中預(yù)混，得到不同組分的模擬煙氣，從混氣瓶流出的模擬煙氣，從底端進入光催化反應(yīng)器，在模擬混合煙氣的上升過程中，光照 TiO2產(chǎn)生的空穴和電子與煙氣中的水蒸氣、氧氣形成一系列的OOH 等活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)幾乎無選擇的催化 SO2和 NOx，然后模擬煙氣從反應(yīng)器頂端流出經(jīng)干燥瓶干燥后，通過煙氣分析儀，測出煙氣組分從而計算被催化氧化的 SO2和 NOx 的效率。1：SO2 2：NOx 3：N2 4：O2 5：VOCs 610：減壓閥 11：氣體緩沖瓶 12：總流量計 13：煙氣分析儀 14：干燥瓶 15：催化反應(yīng)室 16：蒸汽發(fā)生裝置17：調(diào)壓器 18：反應(yīng)剩余氣體收集126101234511161713141518 同時脫硫脫硝凈化VOC實驗設(shè)計圖 圖 中裝置 9 為水蒸氣發(fā)生裝置，水蒸氣由電加熱器的蒸汽瓶供給，產(chǎn)汽量由 1KW 的調(diào)壓器控制，根據(jù)不同電壓下水蒸氣產(chǎn)出量不同的關(guān)系確定實驗中的水蒸氣進氣量，由此可以改變煙氣含濕量。各組分的濃度取自轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)。使用德國約克公司生產(chǎn)的 MRU VARIO 增強型煙氣多組分分析儀，通過三通球閥的切換，可以在線測量反應(yīng)器進出口的煙氣成分，由連接的電腦儀顯示并分析結(jié)果。實驗步驟如下：(1) 測定 SO2和NOx的初始濃度：將反應(yīng)器旁路，模擬煙氣進入緩沖瓶充分混合，調(diào)節(jié)各氣瓶的閥門和流量計的開度，使氣流及組分基本穩(wěn)定，電腦開始記錄初始濃度。(2) 轉(zhuǎn)換反應(yīng)裝置系統(tǒng)，混合氣體進入反應(yīng)器，日光燈開啟，電腦繼續(xù)記錄反應(yīng)數(shù)據(jù)，每隔 5秒鐘顯示一次，實驗過程60分鐘左右，二氧化硫和氮氧化物能充分吸附在TiO2光催化劑的表面上，并且光催化劑能充分發(fā)揮催化氧化作用，記錄SO2和NOx的濃度變化。(3) 當數(shù)值降到一定的程度基本穩(wěn)定5分鐘以上時，切換氣路，回測混合氣體的初始濃度，即再次校核 SO2和 NOx 的初始濃度。(4) 計算SO2和NOx的光催化降解效率。相關(guān)計算：脫硫效率和脫硝效率煙氣分析儀之前裝有一個干燥裝置，根據(jù)分析儀測得的入口和出口SO2和NOx濃度，SO2和 NOx 去除率由下式計算得到：式中 Cj，in為入口 SONOx 濃度，mg/m3；Cj，out為出口SONOx 濃度，mg/m3。第4章 實驗表征手段與結(jié)果分析 TiO2/ACF復合光催化材料的表征 BET 比表面積及孔結(jié)構(gòu)參數(shù)測定采用美國康塔NOVA2000型BET比表面積測定儀對樣品的比表面積及孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進行測定。吸附介質(zhì):液氮(%)；吸附溫度: ；相對壓力（P/PO):；所有的樣品測試前均在150℃脫氣 12h 。 SEM形貌表征及EDS能譜分析采用日本日立公司S一8401型掃描電子顯微鏡(SEM)對樣品進行表面形貌表征；結(jié)合配置的EDS能譜分析儀對樣品進行微區(qū)成分分析 。主要技術(shù)參數(shù):加速電壓:~30K V ；放大倍數(shù):x20一x8000OO；最小分辨率:(15KV)；(1KV)；能譜元素分析范圍:Be4一U92。 XRD晶型表征采用日本iRagku公司D/mxa520PC型高功率多晶x一射線衍射儀(XRD)對TiO2光催化劑的晶相組成進行分析確定。主要技術(shù)參數(shù): Cu Kα，入= ；掃描范圍:2θ=10176。80176。；掃描速度:176。/min；最大功率:18kw(60kv，300mA)；掃描方式: 連續(xù)掃描。 以催化甲醛為例的結(jié)果與討論 納米TiO2負載量對甲醛濃度的影響TiO2光催化劑負載量過低時，光量子產(chǎn)率低，光催化速度較慢，影響光催化反應(yīng)進行，納米TiO2光催化劑以1mL，3mL和5mL3種不同量負載于基材(滌綸針刺非織造布)上，觀察其對降解甲醛氣體產(chǎn)生的不同影響。，納米TiO2三種不同負載量下4h甲醛濃度跟蹤測試，3條曲線變化比較接近，甲醛濃度并沒有大幅度下降，根據(jù)LangmuirHinshelwood動力學方程式，此時光催化反應(yīng)速率和濃度成正比，甲醛濃度略有減少，表明TiO2附著量的增加在該光照及甲醛濃度條件下有微弱的促進作用，但效果不明顯。實驗說明了中低度的室內(nèi)甲醛凈化單純依靠TiO2的光催化作用，降解效果并不理想。 TiO2負載量對甲醛濃度的影響 光強對甲醛濃度的影響8mL納米TiO2光催化劑負載量，分別在60LW/cm2，150LW/cm2和300LW/cm2三種不同光強照射下，觀察其對降解甲醛氣體產(chǎn)生的影響。 光強對甲醛濃度的影響，較低光照強度下，納米TiO2對甲醛的凈化率隨時間延長而不斷提高，當光強較高時，特別是在300LW/cm2，光催化反應(yīng)速率明顯提高，但4h后甲醛濃度明顯上升，說明較高納米TiO2負載時在高光強下產(chǎn)生副作用，即降解甲醛的同時，分解光催化劑使其產(chǎn)生甲醛，同時證明了納米TiO2光催化降解甲醛過程的復雜性。 ACF負載量對甲醛濃度的影響分析以上實驗結(jié)果可知，納米TiO2光催化劑負載量5mL時光催化活性高于較低負載量的活性，對甲醛降解效果較好，而當其負載量較大時在光照強度為300LW/cm2時，反應(yīng)速率增大而反應(yīng)產(chǎn)生副作用，故在納米TiO2光催化劑負載量選取上不宜過大，單純納米TiO2負載對甲醛降解效果不甚理想，根據(jù)LangmuirHinshelwood動力學方程式，中低濃度污染物的光催化反應(yīng)速率和濃度成正比，過低的初始濃度使光催化進程明顯緩慢，需要增加吸附材料以增大反應(yīng)物局部濃度，從而提高反應(yīng)速率。故以靜電植絨方式將ACF置于經(jīng)整理后的基材上，利用其吸附作用將污染氣體富集在TiO2表面，以提高TiO2周圍甲醛氣體的濃度。為提高反應(yīng)速率將光強增至800LW/cm2，納米TiO2光催化劑負載量選取稍低水平5mL以防止量過大產(chǎn)生的副作用，調(diào)整ACF負載量，4h反應(yīng)時間后觀察TiO2/ACF對甲醛吸附光催化性能。，隨著ACF負載量的提高，甲醛濃度不斷減小，，；但當ACF負載量進一步提高時，甲醛濃度反而呈現(xiàn)略微上升趨勢，說明并不是ACF負載量越大，實驗效果就越好，過量ACF的負載不但不能提高甲醛凈化率，反而因為在復合材料表面的大量附著影響紫外光的入射，從而對納米TiO2的光催化反應(yīng)產(chǎn)生阻礙作用。 ACF負載量對甲醛濃度的影響第5章 結(jié)論與成果從吸附原理，吸附劑種類，吸附現(xiàn)象在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，等壓等溫曲線等方面入手，系統(tǒng)地研究了各類常見的吸附劑，包括ACF活性炭纖維，活性炭，沸石，碳納米管等，最終從比表面積，吸附速率，再生難度，吸附量等多個方面考慮，確定了使用活性炭纖維作為課題組項目所用吸附劑。根據(jù)查閱的相關(guān)資料，制作了如下兩幅流程圖，圖一為TiO2與ACF復合實驗的流程圖，圖二為實驗臺設(shè)計圖，圖三為整體宏觀反應(yīng)圖。陳化冰醋酸無水乙醇+水[CH3(CH2)3O]4Ti溶膠Ti02/ACF凝膠煅燒ACF吸附MB動力學煅燒溫度吸附動力學模型吸附速率吸附方程XRD、FTIR、SEM表征 圖一 TiO2與ACF復合實驗的流程圖反應(yīng)生成物吸附劑納米TiO2光催化脫附夜晚白天后期處理吸附圖三 整體宏觀反應(yīng)圖《吸附光催化復合材料的研究與制備文獻綜述》