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TiO2基纳米管阵列用于光催化降解车内TVOC的基础研究

作　者: 王敏
导　师: 贾力
学　校: 北京交通大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 汽车内饰材料 总有机挥发物 预处理方法 TiO2基纳米管阵列 形貌控制 光催化降解 速率模型
分类号: X51
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


由于当前汽车内部TVOC严重危害人体健康。本论文以光催化技术在环境领域的广泛应用为背景,从分析汽车内饰材料释放TVOC及光催化技术的特点出发,通过搭建TVOC释放、阳极氧化及光催化降解TVOC实验台,研究了汽车内饰材料释放的TVOC的特征及TiO2基纳米管阵列光催化材料的制备工艺,并通过建立TiO2基纳米管阵列降解TVOC的数理模型,来揭示TVOC降解速率与光催化工艺参数的定量关系。实验研究发现TVOC释放系数随温度的升高、湿度的增加而升高；选择了三种预处理方法对纤维类内饰材料的TVOC作了去除效果研究,结果显示,三种预处理方法均能有效去除脚垫中TVOC,其中水洗风干法效果最好,且水洗温度越高,效果越好。利用阳极氧化法制备了TNAs并进行表征,结果显示,纳米管的形貌与溶剂有关,具有合适粘度及电导率的乙二醇适宜于作阳极氧化制备TNAs的溶剂；阳极面积过大或过小时,不能生成纳米管或生成后很快破裂,当极液比为0.05cm-1时,能生成形貌较好的TNAs;电极间距适中时,本研究条件下,电极间距为2cm时,形成垂直于钛片表面的规则排列的TNAs。基于TVOC分子在纳米管内的质量传递原理,建立了TANs用于光催化降解TVOC的反应速率数理模型,通过实验估计了模型参数,并将模型预测结果与实验数据对比,吻合较好,误差在±20%以内。模型结果表明：存在最优管径,使降解速率达到最大。实验研究了光催化活性较好的Fe2O3/TiO2、Cu2O/TNAs复合纳米管的制备工艺,分析了二者的形貌、光响应程度及对模拟车内TVOC气体的降解效果,发现降解效果的提高程度与Cu2O、Fe2O3的掺入量有关,Cu2O/TNAs复合纳米管的降解效果优于Fe2O3/TNAs;二者对TVOC的降解符合一级反应规律。实验研究了Cu2O/TNAs中含Cu量、反应温度、混合气体的湿度及含氧量对TVOC光催化降解的影响,建立了Cu2O/TNAs光催化降解TVOC的动力学模型,并将模型预测结果与实验数据对比,误差在±20%以内。模型显示Cu2O/TNAs催化降解该类TVOC的最佳催化剂含Cu量为31.37%,最佳含氧量为36.92%,最佳湿度为33.71%。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-40
  1.1 引言  12-13
  1.2 汽车内部VOCs控制研究进展  13-20
    1.2.1 车内VOCs的来源、危害及浓度限值  13-15
    1.2.2 车内VOCs浓度的影响因素研究现状  15-16
    1.2.3 车内零部件及内饰材料VOCs释放的研究现状  16-19
    1.2.4 汽车内VOCs控制技术研究现状  19-20
  1.3 光催化法降解VOCs机理  20-21
  1.4 TiO_2纳米管的制备  21-27
    1.4.1 模板沉积法  22
    1.4.2 水热合成法  22-23
    1.4.3 阳极氧化法  23-27
  1.5 TNAs的改性  27-30
    1.5.1 非金属离子掺杂  27-28
    1.5.2 金属离子掺杂  28-29
    1.5.3 半导体复合  29-30
  1.6 光催化降解VOCs的影响因素  30-35
    1.6.1 光源的影响  31-32
    1.6.2 温度的影响  32
    1.6.3 湿度的影响  32-33
    1.6.4 VOCs浓度的影响  33-34
    1.6.5 O_2浓度的影响  34
    1.6.6 光催化材料的影响  34-35
  1.7 研究目的及主要研究内容  35-40
    1.7.1 研究目的  35-37
    1.7.2 研究思路及研究内容  37-40
2. 内饰材料TVOC释放特征及预处理方法去除TVOC研究  40-56
  2.1 引言  40
  2.2 实验部分  40-43
    2.2.1 实验设备  40-41
    2.2.2 实验材料  41
    2.2.3 实验条件及实验方法  41-42
    2.2.4 实验内容  42-43
  2.3 结果与讨论  43-54
    2.3.1 标准曲线及吸附管的效率分析  43-44
    2.3.2 温度对内饰材料TVOC释放的影响  44-47
    2.3.3 湿度对新脚垫VOC释放的影响  47-48
    2.3.4 预处理方法去除地毯TVOC研究  48-54
  2.4 小结  54-56
3. TiO_2纳米管阵列的形貌结构控制  56-70
  3.1 引言  56
  3.2 实验部分  56-59
    3.2.1 实验设备  56-57
    3.2.2 实验材料及药品  57
    3.2.3 实验装置  57-58
    3.2.4 实验方法  58
    3.2.5 实验内容  58-59
  3.3 结果与讨论  59-67
    3.3.1 有机电解液体系对TiO_2纳米管形貌的影响  59-61
    3.3.2 阳极面积对TiO_2纳米管形貌的影响  61-63
    3.3.3 电极间距对TiO_2纳米管形貌的影响  63-64
    3.3.4 阳极氧化电压对TiO_2纳米管形貌的影响  64-67
  3.4 小结  67-70
4. TNAs光催化降解TVOC的速率模型  70-80
  4.1 理论分析  70-74
    4.1.1 数学模型构建  71-74
    4.1.2 参数估计方法  74
  4.2 实验部分  74-76
    4.2.1 实验设备  74-75
    4.2.2 实验材料及药品  75
    4.2.3 实验装置  75-76
    4.2.4 实验方法  76
  4.3 模型检验  76-78
  4.4 结果与讨论  78-79
  4.5 小结  79-80
5. FE_2O_3/TNAs、CU_2O/TNAs的制备及其对TVOC的降解研究  80-106
  5.1 引言  80-82
  5.2 实验部分  82-86
    5.2.1 实验设备  82-83
    5.2.2 实验装置  83
    5.2.3 实验材料及药品  83-84
    5.2.4 实验方法  84-86
  5.3 结果与讨论  86-103
    5.3.1 Fe_2O_3/TiO_2及Cu_2O/TiO_2纳米管阵列的制备原理  86-87
    5.3.2 Fe_2O_3/TiO_2及Cu_2O/TiO_2纳米管阵列的表征  87-96
    5.3.3 Fe_2O_3/TiO_2及Cu_2O/TiO_2降解TVOC效果比较  96-98
    5.3.4 Cu_2O/TiO_2降解TVOC反应动力学模型的建立  98-103
  5.4 小结  103-106
6 结论与展望  106-110
  6.1 主要结论  106-107
  6.2 创新点  107-108
  6.3 存在的问题及展望  108-110
参考文献  110-128
作者简历  128-132
学位论文数据集  132

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 大气污染及其防治
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