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光催化降解室内VOCs相关性研究

作　者: 唐峰
导　师: 杨旭东
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 室内空气品质挥发性有机化合物光催化多组分
分类号: TU834
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

尽管很多光催化净化器已投入市场,但其机理及实际性能仍需进行更多的系统研究。首先是催化剂的活性,它直接关系到VOCs降解的实际效果以及净化器的使用寿命。而现有的光催化动力学模型不能很好地反映这一点。其次是多组分VOCs问题。我们所生活的室内空气环境处于多种VOCs的混合状态,常见并对人体有极大危害的VOCs也有数十种之多。很有必要对多组分VOCs的实际降解效果进行研究。但很多研究者往往只看到多组分的竞争吸附,而忽视了其他方面的内在联系。这种内在联系,既包括目标VOC分别在单、多组分中降解效果的联系,也包括不同VOCs降解特性之间的联系即相关性。针对上述问题,本论文以苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、邻二甲苯、2-丁酮、正辛烷、均四氯乙烷等室内常见VOCs为目标进行了深入研究,主要成果如下:(1)指出了L-H模型在描述高浓度区VOCs降解时的不足,并从催化剂钝化角度提出了一个低、高浓度区都适用的形式简单的钝化模型。同时,提出了钝化区、抑止浓度、最大反应速率、最大光强、最大光能利用率等概念,可用来指导光催化型净化器的优化设计和选型;(2)系统分析了多组分VOCs的相互影响,根据钝化模型提出用影响率(钝化项与线性项之比)η=0.2作为判定多组分相互影响是否可忽略的指标,这在实验中得到了充分验证。但是,目标VOC在单、多组分反应中的线性项依然相等。据此,可利用多组分的实验结果来预测相应单组分在低浓度(如小于0.5ppm)下的降解效果,从而极大地减少测试的实验量;(3)研究了VOCs光催化降解特性的相关性,发现同类VOCs的表观反应速率常数k_a与关联项(由VOC已知的物性参数组分)成正比。只要测试其中一种VOC的k_a值,即可预测出同类其他VOCs的k_a值。而不同类VOCs暂时只在吸附键类型相同或相近的类别之间找到相关性,如芳香烃和烯烃。其次,一定条件下对流传质系数h_m的准确度对k_a的计算结果影响显著,提出了通过改变紫外光强,借助关联式来准确测量h_m的方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章引言  10-36
  1.1 研究背景  10-12
  1.2 文献综述  12-35
    1.2.1 光催化反应动力学及性能评价  12-17
    1.2.2 光催化反应的影响因素研究  17-28
    1.2.3 光催化降解VOCs 相关性研究  28-35
  1.3 主要研究任务  35-36
第2章催化剂钝化对光催化降解VOCs 的影响  36-54
  2.1 引言  36
  2.2 实验系统和方法  36-39
    2.2.1 实验平台及主要仪器  36-38
    2.2.2 实验条件及方法  38-39
  2.3 实验结果与分析  39-53
    2.3.1 L-H 模型对实验结果的拟合与不足  39-44
    2.3.2 新模型——钝化模型对实验结果的拟合分析  44-49
    2.3.3 钝化模型和L-H 模型的联系与选择  49-53
  2.4 小结  53-54
第3章多组分VOCs 相互影响的评价  54-82
  3.1 引言  54
  3.2 实验简介  54-55
  3.3 双组分VOCs 的相互影响  55-63
    3.3.1 苯对甲苯的影响  56-58
    3.3.2 邻二甲苯对对二甲苯的影响  58-63
  3.4 多组分VOCs 的相互影响  63-80
    3.4.1 同类多组分的相互影响  63-73
    3.4.2 不同类多组分的相互影响  73-80
  3.5 小结  80-82
第4章光催化降解VOCs 的相关性  82-103
  4.1 引言  82
  4.2 相关性的理论基础  82-86
    4.2.1 反应速率常数k 的相关性  82-83
    4.2.2 吸附平衡常数K 的相关性  83-84
    4.2.3 对流传质系数hm 的计算  84-85
    4.2.4 k、K 和hm 三个反应常数的联系  85-86
  4.3 相关性研究  86-97
    4.3.1 hm 的不确定性对kK 的影响  88-90
    4.3.2 同类VOCs 的相关性  90-94
    4.3.3 不同类VOCs 的相关性  94-97
  4.4 相关性研究的应用  97-101
    4.4.1 用关联式测量VOCs 降解有关的常数  97-100
    4.4.2 室内常见VOCs 降解效果的预测  100-101
  4.5 小结  101-103
第5章结论与展望  103-105
  5.1 结论  103-104
  5.2 展望  104-105
参考文献  105-113
致谢  113-114
附录A 气相色谱-质谱联用仪简介  114-116
  1. 工作原理  114-115
  2. 定量分析  115-116
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  116

光催化降解室内VOCs相关性研究

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