☆ 纳米材料Ti02光催化技术的应用

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纳米材料Ti02光催化技术的应用

摘要：本文分析了纳米Ti02光催化处理室内VOC的反应机理，以室内空气中常见的挥发性有机物为例，分析了单一初始浓度、室内湿度、紫外光强、迎面风速、温度等因素的影响，及其与反应速率的曲线关系，并与动力学模型L-H进行比较，趋势预测结果满意。

+ J, X" Q! C, W8 F! ?# o. J; `关键词： 光催化反应 VOC 氧化速率
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作者：曾志雄 徐玉党
3 @' _( K0 F/ P; d  M3 C7 P通讯处：华中科技大学环境学院暖通教研室
1 前言
" C' S' L8 q5 ?2 l5 }, _随着生活水平的不断提高，人们对居住环境、办公环境的舒适性、美观性等要求越来越高，但随之而来，室内空气品质(IAQ)问题也日趋严重。因此，为了去除空气污染物，净化室内空气，人们采用了许多方式，如通风换气法、过滤法、吸附法等等。但是，问题依然存在甚至恶化，现时大量出现的病态建筑综合症就是一例。为此，急需发现更好的处理方式以改善IAQ现状。
近年来，随着材料、化学科学的发展，兴起了一项新的技术用以消除VOC--应用纳米材料光催化作用降解挥发性有机物。
2 微弱光下Ti02光催化反应原理
9 }# f2 F# n/ e3 S6 ~4 |) [在光化学反应中，一般认为需要有较强的光子能量作为光化学反应的推动力。在微弱光下，光催化剂的存在是诱发光化学反应的重要条件。
. J4 P. z; l6 c通过反应生成的活性基团OH•和O 的寿命测定，遮断光源后，仍能保持一段时间。•OH基团的氧化能力较强，对有机物氧化、分解，最终分解为二氧化碳和水。
3 催化氧化速率的影响因素分析
对于室内VOC污染，有6种主要的污染物，ASHRAE推荐的检测空气过滤设备的试验标准把甲苯、甲醛作为代表物，但在实际的室内空气污染调查中，像甲醇、三氯乙烯等也大大超标，鉴于需要，在本文中，我们讨论三种有机物：甲苯、甲醇和三氯乙烯，分析影响Ti02对其催化氧化速率的几个主要因素。
3.1 VOC初始浓度对氧化速率的影响
7 N+ E* ?2 _0 c3.2 室内空气湿度对氧化速率的影响
3.3 照射紫外光强对氧化速率影响
+ `) M8 `3 h" B! \3.4 迎面风速对氧化速率的影响
8 M: h% J3 J$ X, J" B( z4 结论分析及其发展动态
催化氧化速率与污染物初始浓度、紫外光强、温度等基本上呈同向变化关系，与空气湿度(甲苯例外)、迎面风速呈反向变化，而且试验数据得到的反应变化趋势与反应动力学理论模型L-H吻合很好，这样我们可以很好的预测反应的过程。
- u4 U' H4 T6 R; n9 S) J近年来，对纳米材料光催化反应的应用，许多科研人员作了大量的努力。为了提高纳米TiO2的光催化活性，从纳米材料的尺寸、晶型结构及构成比、纳米材料与基体材料的结合方式等方面作了很多的研究，纳米TiO2的固化技术也有很大的发展。在目前，这项技术在空调领域广泛应用还存在很多的问题，如：
(1)利用太阳光的比例低、反应速度慢；
6 v  T  S1 G5 J, b9 `9 ]0 T) _(2)需要建立一个综合反应模型来反映对氧化速率的总体效果；
' Y$ I5 f+ r% S: U+ Z# }7 `(3)对其在空气处理设备方面的应用研究很少，离广泛应用还有一段很大的距离。
虽然问题存在，但挥发性有机物在TiO2的光催化作用下可以降解成CO2和H2O，没有其他的中间产物，因而用于改善日益恶化的室内空气品质(IAQ)问题，不失为一种很好的解决办法，依此开发新型的空气处理净化设备，具有广阔的应用前景。本文对纳米TiO：光催化反应处理VOC进行一些分析，希望对其他的研究开发有所帮助。

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