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纳米TiO_2对汽车尾气中NO_x的净化效果与测试研究

作　者: 马春磊
导　师: 孙凤英
学　校: 东北林业大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 汽车尾气 NO_x 纳米TiO2 光催化净化
分类号: U467.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着我国国民经济的飞速发展以及汽车产业的不断进步,汽车保有量急剧增加。与此同时,我国公路基础设施总量规模加大,路网建设步伐加快,公路完成的运输量占各种运输方式的比重明显上升。随之而来的汽车尾气污染也给人民健康和生态环境带来极大影响。在汽车尾气众多污染物中,氮氧化物NO_x不仅排放量较高,而且危害性较大,因此,对汽车尾气中NO_x的净化和治理显得尤为重要。目前,解决汽车尾气污染的常用方法之一是机外净化法。机外净化是指在汽车排气管上安装三效催化转化器,使尾气中的有害成分迅速转化为无害物质。但催化剂的表面积是有限的,尾气经过催化剂的时间又很短暂,在这有限的时间和空间里它只能承受一定的污染物负荷,过大的负荷会使催化器中毒而失效。因此,探索更为环保高效无害的技术和方法来治理汽车尾气污染已迫在眉睫。纳米TiO₂光催化技术具有无毒性、能耗低、无二次污染等诸多优点,是近年来净化室内空气污染的新技术。但是,目前在我国将这一技术应用于公路工程中净化汽车尾气污染的研究还不多见,因此,若能将纳米TiO₂光催化材料附着在水泥混凝土基材表层,制成环保水泥混凝土路面材料,或将纳米光催化材料制成环保涂料涂刷在道路设施上,将刚排入大气中的汽车尾气,由路面材料和交通附属设施表面材料即刻转变为对人体无害的物质,将会大大减小汽车尾气污染的范围和程度,从而控制汽车尾气对人的伤害。本文以汽车排气污染物排放限值及测量方法等国家标准作为设计依据,以光催化原理作为理论基础,选取了科学的试验方法,研制了纳米TiO₂光催化物理模拟试验舱及其测试管理系统;通过制备纳米TiO₂混凝土负载基材试样,对不同配比的纳米TiO₂材料在不同的光照、时间、水冲刷等试验条件下进行光催化试验,研究纳米TiO₂材料对汽车尾气中NO_x的净化作用;进行数据筛选和处理试验数据,分析试验结果,确定影响TiO₂光催化材料对汽车尾气中NO_x净化作用的各种因子。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 国外纳米光催化技术发展及现状  8-9
    1.2.2 我国纳米光催化技术发展及现状  9-11
  1.3 本课题研究的主要内容  11-12
2 汽车排放污染概况  12-17
  2.1 汽车尾气排放的污染现状  12-13
  2.2 汽车排放污染物的种类及其危害  13-14
    2.2.1 一氧化碳  13
    2.2.2 氮氧化物  13-14
    2.2.3 碳氢化合物  14
  2.3 汽车排放污染控制  14-16
    2.3.1 我国汽车尾气排放控制状况  14
    2.3.2 汽车排放法规与标准  14-15
    2.3.3 汽车排放污染控制技术  15-16
  2.4 本章小结  16-17
3 纳米TiO_2光催化技术  17-25
  3.1 纳米TiO_2光催化材料的结构  17-20
    3.1.1 纳米TiO_2的能带结构  17-18
    3.1.2 纳米TiO_2的晶体结构  18-20
  3.2 纳米TiO_2光催化材料的特性  20-21
  3.3 光催化原理  21-23
  3.4 纳米TiO_2光催化材料的应用  23-24
  3.5 本章小结  24-25
4 光催化净化 NO_x的试验系统设计  25-39
  4.1 系统设计的总体方案  25-26
    4.1.1 系统设计依据  25
    4.1.2 系统设计要求  25-26
    4.1.3 系统的工作原理  26
  4.2 光催化试验舱的设计  26-32
    4.2.1 试验舱的反应体积  26
    4.2.2 试验舱材质的选择  26-27
    4.2.3 试验舱密封性  27
    4.2.4 其它硬件组成  27-32
  4.3 试验管理系统设计  32-38
    4.3.1 管理系统软件  32-33
    4.3.2 管理系统界面  33-38
  4.4 本章小结  38-39
5 混凝土基材光催化净化NO_x的试验与结果分析  39-52
  5.1 NO_x的气相转化  39
  5.2 动力学方程  39
  5.3 光催化试验  39-45
    5.3.1 试验试样的制备  39-42
    5.3.2 试验设计  42-44
    5.3.3 试验设备与试验步骤  44-45
  5.4 试验结果分析  45-51
    5.4.1 空白试验  45-46
    5.4.2 冷冻试验  46-47
    5.4.3 TiO_2浓度的影响  47-48
    5.4.4 反应物浓度的影响  48-49
    5.4.5 光照的影响  49
    5.4.6 温度的影响  49-51
    5.4.7 TiO_2的失活与再生  51
  5.5 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-56
附录  56-58
攻读学位期间发表的学术论文  58-59

纳米TiO_2对汽车尾气中NO_x的净化效果与测试研究

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