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纳米级TiO_2光催化净化大气的环保涂料研制
作者:管理员    发布于:2016-12-20 09:02:51    文字:【】【】【

  (1.广州广漆化工实业有限公司,广州510385;2.中山大学化学与化工学院,广州510275)的净化原理和制法以及该涂料在太阳光下和室内自然光环境下,对空气中NOx光催化净化效果及其影响因素。试验证明该涂料在催化活性降低后用水冲洗,其催化活性可立即恢复,催化净化效率高。

  新型建筑材料5/001 1刖目近年来,许多研宄表明,光催化技术在环境污染物治理方面有着良好的应用前景。光催化剂能使有机或无机污染物在光催化作用下发生氧化还原反应,生成HO、CO2及盐等物质,达到无害化,从而净化环境。作为光催化剂的原料主要有Ti2、ZnO、CdS、W3等,但是相比较而言,Ti2具有化学稳定性好、无毒、价廉易得等特点,是理想的光催化剂。光催化剂的应用方式可以是分散于液相,以流态化与气相接触;也可以是固着状态,如在基材上与成膜物制成薄膜。本文将纳米级Ti2制成环保涂料,并考察其对空气中NOx的降解效果。

  2实验部分21光催化大气净化涂料制备作为实用的大气净化材料,制品的形状必须使粉末状光催化剂易于接触大气的污染物和接收紫外线辐射,并且稳固,所以通常制成平面状。为此,其粘合剂应有以下特性:既不损坏组合成分,又保持光催化剂活性;光催化作用不会使其老化;比表面积大;不产生二次污染;对环境无害;耐水性好;维护建材等各种实用材料固有的性能。要选择完全满足上述条件的材料是比较困难的。本研宄选用了有机硅树脂作为TiO2的粘合剂,其优点主要有:对臭氧、紫外线和大气稳定性好,化学性质稳定,耐酸碱,不易氧化,耐热性和耐水性;能形成细孔发达的多孔质涂膜,透气性好;22光催化实验品,粒径为30nm,80为锐钛矿型,20为金红石型,比表)未经处理直接使用。

  反应器为流通管式反应装置,由Pyrex玻璃制成。圆柱形反应器的长度为500mm,内径为56mm.将光催化大气净化涂料均匀涂于一块面积为50cmX4cm玻璃板上,涂膜过程重复几次,直至涂层不透光,然后在烘箱中经180 C固化15min.称量玻璃板负载涂料前后的质量,得到涂料负载量为0.015g/cm2,利用SEM可知涂膜厚约20prn含NOx的空气通过光反应器并发生光催化氧化反应。由于催化剂吸附的影响,每次实验之前,在暗态条件下,预通一定时间(一般为30min)直到流出气流中的NOx含量不再变化为止。实验中,气体流量为0.5L/nin,相应停留时间为NOx含量分析采用盐酸萘乙二胺比色法,吸光度测定采用722型可见分光光度计,540nm波长处比色测定。用FTIR方法对反应产物进行定性鉴定,所用仪器是Bruker公55型,KBr压片。硝酸定量测定采用酚二磺酸比色法,410nm波长处比色测定。所用试剂均为分析纯。

  3结果与讨论3.涂料性能测试光催化涂料有关性能测试结果见表1.表1光催化涂料物理化学特性试验项目被涂基材涂层性能耐热性(300t:长时加热)铝板不脱落、不开裂、不粉化硬度(划线法)铝板铅笔硬度7H耐沸水性(沸水中煮沸8h)普通玻璃不脱落、不开裂耐水蒸气性(沸水锅上蒸熏8h)普通玻璃不脱落、不开裂耐水性(常温水中浸数月)普通瓷砖未见异常耐酸性(滴10HCI溶液放数曰)普通玻璃无异常耐碱性(滴10NaOH溶液放数日)普通玻璃无异常附着力铝板1级3.太阳光下NOx光催化氧化实验实验在广州市新港西路某车站附近进行,直接采用室外空气作为反应气源,流量为0.5L/n.这里日平均NOx含量超过国家三级标准的3 ~6倍。光源为太阳光,透过Pyrex反应器照射到负载有光催化涂料的玻璃板表面,进行光催化实验,实验结果见。可以看出,该样板在太阳光作用下对NOx光催化降解率很高,NOx几乎被全部降解。

  认浓度z(mg.V)太阳光下光催化涂料对NOx的降解效果气流量为500mKmin,相对湿度80利用红外光谱测试反应后的光催化剂,在1384cm -处出现一新的峰,这是硝酸根离子的特征峰,因此,确定NOx光催化氧化产物为硝酸。经酚二磺酸比色法定量检测分析发现,只有不到1的硝酸随气流放出,99以上的硝酸吸附在催化剂的表面。这样随着反应时间的延长,催化剂表面的活性位渐渐被硝酸所占据,使光催化剂失去活性。实验中发现光催化剂使用30h后,其光催化活性降至29;用水冲洗再生后,光催化活性又立即恢复到原来的水平。该涂料以太阳光为光源,估计每天降解大气中NOx的量为75mg/m2,并可连续7天除去NOx. 3.室内自然光下NOx光催化氧化实验室内自然光紫外线强度非常弱,约为1MW/m2;实验中直接采用室外空气作为NOx污染物气源,反应器置于室内,光催化涂料降解效果见。

  室内自然光下光催化涂料对NOx的降解效果气流量为500mKmin,相对湿度80从可以看出,当NOx浓度小于0. 1mg/n3时,其降解率较高,达到80以上。随着NOx浓度的增大,其降解率逐渐降低。由此可以看出,即使在室内很弱的自然光中紫外光作用下,Ti2光催化大气净化涂料对低浓度的NOx的氧化降解效果也很好,这表明该涂料可用于室内空气净化。

  3.光催化涂料净化性能持久性实验将涂有光催化涂料的玻璃板放置于室外,每隔10天用水冲洗1次,每个月测试1次对NOx降解效果,共进行8个月试验。结果表明,在室外放置8个月后,该涂料对空气中NOx的氧化降解作用降低很少,大约只降低2~3;涂层外观无变化。可以预期该涂料对污染物的降解具有很好的持久性。

  3.反应机理TiO2具有3种不同晶相结构:锐钛矿型、板钛矿型、金红石型。其中锐钛矿型二氧化钛具有较高的光催化氧化能力,其禁带宽度为Eg=3.2eV,相当于波长为387nm光的能量,这正好处于紫外区。所以,以TiO2作为光催化氧化反应需紫外光源,例如太阳光、卤钨灯、汞灯等。在紫外光作用下它的价带上电子被激发到导带,而在价带上产生空穴,其过程是:TiO2在紫外光照射下,产生自由电子一空穴对,它们使空气中的氧活化,产生活性氧和自由基,反应如下:对于NO2及NO分别有:NO2+OHHNO3;O+HO2HNO3活性氧和OH自由基具有很高的反应活性,当污染物吸附于其表面时,就会与自由电子或空穴结合,发生氧化还原反应,从而达到消除污染的目的。

  4结语大气中NOx是产生温室效应、酸雨、臭氧空洞及光化学烟雾的主要污染物之一,在有的城市NOx对大气污染影响率已达50以上。本研宄制备的TiO2光催化净化大气环保涂料用于大气中的NOx脱除有着的优点:可涂敷在高速公路、桥梁、建筑物、广告牌的表面,或在需要的地方专门设置净化面板等,使用方便。

  由于自然风力的作用,大气中的污染物与涂料表面接触充分,光催化效率高。

  在天然雨水或人工喷水冲洗下,涂料(光催化剂)可迅速再生而恢复催化活性。

  可同时降解大气中的其它污染物,如卤代烃、硫化物、醛类、多环芳烃等。

  研宄结果显示TiO2光催化大气净化涂料在消除室内外大气、工厂中NOx等污染物方面有着潜在的应用前景。

  16联系地址:广州市白鹤洞东联系电话:020-81892877

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