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挥发性有机化合物(VOCs)是室内空气中的主要污染物之一,对室内VOCs的净化研究已成为室内环境领域的研究热点。目前国内外研究较多的主要是利用吸附法和光催化氧化法对VOCs进行去除。吸附法虽然能较好的吸附空气中的污染物,但吸附材料的吸附容量有限,在吸附达到饱和以后,就会出现污染物穿透现象。将吸附剂和纳米光催化剂结合,可利用吸附剂的吸附性能以及纳米光催化剂在常温下即能将有害气体分解为无害气体的特性净化室内空气。但由于光催化剂仅在紫外光照射下才能发挥光催化作用,因此其应用受到一定限制。本论文考虑将光催化剂与过渡金属氧化物结合,再将其负载于活性炭纤维上,以解决以上两方面问题:使VOCs的去除不仅能在普通光源下进行,且能延长材料的穿透时间。具体实验方案如下:
首先,以高锰酸钾水溶液与氨水为原料制备纳米MnO2颗粒,再通过浸渍、高温焙烧处理将其负载于PAN基活性炭纤维表面,获得活性炭纤维/纳米MnO2材料(ACF-MnO2材料)。通过扫描电镜观察纳米MnO2颗粒的形态以及纳米MnO2颗粒在活性炭纤维上的负载状况,并通过静态氧化实验和动态穿透实验分别研究ACF-MnO2材料对甲苯的氧化性能及材料的穿透性能。研究结果表明,ACF-MnO2材料在室温下可以将甲苯氧化为CO2,并且对高浓度的甲苯气体具备很强的抗穿透能力。
然后,以高锰酸钾水溶液与氨水为原料,将纳米TiO2经超声波处理分散于反应体系中,经化学反应后形成以TiO2为核心、外部覆盖MnO2膜层的复合颗粒(复合TiO2/MnO2颗粒)。再通过浸渍、高温焙烧处理将复合颗粒负载于PAN基活性炭纤维表面,获得活性炭纤维/纳米TiO2-MnO2膜层材料(ACF-TiO2/MnO2材料)。通过电镜分析观察复合颗粒的形态以及复合颗粒在活性炭纤维上的负载状况;用紫外-可见分光光度计测试了复合颗粒的光吸收性能,并通过对苯酚的降解实验,研究了可见光照射下复合颗粒的催化氧化性能;通过静态氧化实验研究ACF-TiO2/MnO2材料在可见光照射下对甲苯的催化氧化性能。研究结果表明,TiO2/MnO2颗粒秉承了纳米TiO2和MnO2两者的优点,对可见光和紫外光均有较强的吸收,无论在日光灯或太阳光照射下,对苯酚都有一定的降解能力;ACF-TiO2/MnO2材料在普通照明用的日光灯照射下即可将甲苯氧化为CO2,有一定的催化氧化性能。
本论文的研究对于室内空气中VOCs的净化具有很好的借鉴意义。但由于负载工艺尚不成熟,影响了材料的催化氧化性能。在今后的研究中,应进一步探索更好的负载工艺,使研究开发的TiO2/MnO2材料的光催化性能更好地与活性炭纤维的吸附性能结合,成为高效的ACF-TiO2/MnO2材料,更好地去除各种挥发性有机污染物。