硅藻泥類凈化材料吸附降解甲醛類VOC的邊界條件

        室內(nèi)VOC的來源及治理途徑：

        VOC是揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds）的英文簡稱，主要包括苯、甲苯、二甲苯、甲醛、氨、乙二醇等物質(zhì)。甲醛的安全閾值為0.08mg/m3。

        室內(nèi)VOC治理途徑：開窗通風(fēng)稀釋，化學(xué)試劑反應(yīng)，強(qiáng)氧化劑氧化，多孔材料吸附、化學(xué)催化反應(yīng)

        多孔材料用于室內(nèi)VOC吸附的選擇

        如果要吸附上述尺度分子，材料孔徑一定大于或遠(yuǎn)大于氣體分子直徑，才能實(shí)現(xiàn)；

        一些材料在堆積過程中會形成許多不規(guī)則的孔，這種孔不具備吸附的典型特征；

        材料本身具備規(guī)則的空島，并且孔徑大小合適。

不同材料顯微鏡下圖片

硅藻土在顯微鏡下圖片

        硅藻土孔徑分布：小孔5~30nm；打孔200~400nm

        保持硅藻土的多孔性是硅藻泥在應(yīng)用于室內(nèi)VOC吸附的關(guān)鍵。

        硅藻泥專用材料的選擇

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，非煅燒硅藻土、煅燒硅藻土吸附等溫線

        根據(jù)以上數(shù)據(jù)及顯微鏡下圖片，可以得到以下結(jié)論：
        1）選擇非煅燒硅藻土，避免孔道破壞；

        2）盡量選擇無機(jī)膠凝材料；

        3）添加一定量的負(fù)壓調(diào)節(jié)劑；

        4）硅藻泥本身不能引入有害物質(zhì)。

        硅藻泥用于室內(nèi)VOC去除的優(yōu)勢與難點(diǎn)

硅藻土表面結(jié)構(gòu)微觀示意圖

未添加負(fù)壓調(diào)節(jié)劑                                                       添加負(fù)壓調(diào)節(jié)劑

 

        從圖上可以看出，氣體分子與硅藻土接觸時(shí)無明顯的能量變化，硅藻土不具備降解功能！

        光催化材料及反應(yīng)機(jī)理

        光催化材料（光觸媒）：TiO2 、ZnO 、WO3 、SnO2 、V2O5 、Fe2O3 、Ceo2 、C3N4，針對低濃度、難降解環(huán)境毒素

常溫常壓下進(jìn)行，無需額外提供能量。

 

       TiO2光催化材料介紹及改善途徑

        TiO2分類：金紅石，對紫外線具有強(qiáng)屏蔽作用，白色涂料和防紫外線材料 ；

                           板鈦礦， 穩(wěn)定性差，在自然界中很少存在；

                           銳鈦礦，具有良好的光催化活性，常用作光催化材料。

        P25屬于納米級的混晶結(jié)構(gòu)，是目前商用的最好的光催化二氧化鈦。

        優(yōu)勢：高效、穩(wěn)定、廉價(jià)、安全

        不足之處：TiO2催化效率＞420nm時(shí)，1%-0.1！ 只有在紫外光下才具有高效催化能力

        可見光影響改善途徑：元素（Fe、N、S等）摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬表面修飾

 

        TiO2光催化效率的提高——半導(dǎo)體復(fù)合

        TiO2-RGO：促進(jìn)光生載流子分離和遷移

負(fù)載結(jié)構(gòu)

        負(fù)載結(jié)構(gòu)：效率提升空間有限3-5倍，吸附貢獻(xiàn)大40-50%；

核殼結(jié)構(gòu)

        核殼結(jié)構(gòu)：效率大幅提高，光催化貢獻(xiàn)大。因此選擇殼核結(jié)構(gòu)。

        高效光催化材料研制—核殼結(jié)構(gòu)TiO2-RGO

        通過氧化程度來控制結(jié)構(gòu)，如圖：

 

        性能評價(jià)——氣態(tài)污染物

        NO催化氧化

NO催化氧化分析

        催化產(chǎn)物分析：
       

        HCHO光催化氧化

HCHO催化氧化分析

       HCHO催化氧化分析:
       1)整套裝置利用氣象色譜在線檢測：

       2)對甲醛的瞬間降解率可以達(dá)到70%；

       3)商用P25對甲醛的降解率僅為4%。

       性能評價(jià)——水溶液懸浮體系

       高效UV光催化效率，見下圖：

       穩(wěn)定的循環(huán)降解性能，100次循環(huán)無衰減

 

       性能評價(jià)——水溶液負(fù)載體系

 
光負(fù)載催化材料測試

       本研究技術(shù)性能特點(diǎn)

       應(yīng)用原則評價(jià)

       高效——高出商用TiO2一個數(shù)量級

       穩(wěn)定——循環(huán)100次無衰減

       廉價(jià)——引用廉價(jià)元素C，成本相對低廉

       安全——環(huán)境友好，生物安全

       TiO2光催化效率的提高——貴金屬表面修飾

        從上圖可知：1）TiO2費(fèi)米能級＜Pt費(fèi)米能級；

                               2）能級發(fā)生彎曲，激發(fā)能量降低；

                               3）電子遷移，光催化效率提高。

TiO2/Pt性能評價(jià)——NO降解

 

結(jié)論：無光照射下NO分解率為7%；TiO2/Pt對NO的綜合降解率為73%。

本研究技術(shù)性能特點(diǎn)

應(yīng)用原則評價(jià)

1）無光照射下也可以有一定催化降解功能；

2）性能穩(wěn)定，使用壽命長，不易發(fā)生光腐蝕；

3）用量少、制備成本低廉。

SS-Ti/RGO	TiO2/Pt
制備成本較高	制備成本較低
原材料成本低	原材料成本高
材料新穎	汽車尾氣應(yīng)用
生物安全性	使用壽命長

 

硅藻泥專用材料未來發(fā)展方向

1）施工工藝簡單；

2）用量少，噴涂于表面；

3）保持一定的空氣濕度。