吸附-光催化复合技术在室内空气净化中的应用研究

Pollution of indoor air seriously affects people's life and health. How to removal indoor pollutants becomes a difficult problem in environmental protection field. Based on previous knowledge of pollutant degradation process, aiming at overcoming the weakness of single use of adsorption or photocatalytic technology on pollutants degradation,this project intends to combine the advantages of adsorption and photocatalytic technology together. Using SiO2@TiO2 adsorption-photocatalytic composites as the research object,we want to develop adsorption-photocatalytic technology suitable for rapid, long-term and effectively removal of indoor pollutants, by means of the choice of adsorption-photocatalytic materials, the design of hierarchical structure of adsorption and photocatalytic materials, the investigation of synergetic effect of adsorption and photocatalytsis, the pathway analysis of pollutants adsorption, migration and degradation.This project will forcus on, (1) The adsorption ability of the adsorbents impacting on the adsorbent life and the pollutant removal efficiency. (2) Synergetic effect of adsorption and photocatalytsis on indoor pollutants. (3) The influence of composite technology of adsorption and photocatalysis on the pathway of pollutants degradation. (4) The promoting effect of hierarchical structure between adsorbant and photocatalyst on pollutants degradation.

室内空气污染问题严重影响人们的生活和健康，如何有效去除室内空气污染物成为环保领域的难点问题。基于前期对污染物降解过程的认识，针对目前单一使用吸附技术及光催化技术处理污染物的弱点，本项目拟将吸附技术与光催化技术相结合，发挥各自优势，提出以SiO2@TiO2吸附-光催化复合材料为研究对象，通过对吸附-光催化复合材料的选择，吸附剂和光催化剂复合方式的设计，吸附-光催化协同作用机理的研究，污染物吸附、迁移、降解路径的分析，发展适用于室内空气污染物快速、长效去除的吸附-光催化复合技术。项目重点研究：（1）吸附剂吸附能力对吸附剂寿命和对污染物去除效率的影响。（2）吸附和光催化技术对污染物的协同作用机理。（3）吸附和光催化复合技术对污染物降解途径的影响。（4）吸附剂和光催化剂的空间复合方式对污染物的促进作用。

项目围绕吸附光催化复合材料的制备、吸附光催化协同作用机理和污染物消除方式开展了系列工作。（1）研究了不同吸附材料对甲苯等气相污染物的吸附性能，发展了吸附光催化复合材料的制备方法，包括浸渍法、原位生长法和二次醇热法。研究发现吸附剂表面SiO2/Al2O3的变化、F离子掺杂、光催化剂负载均可影响复合材料表面亲疏水性的变化及污染物的消除效率。对同一系列的复合材料，疏水因子适中的催化剂对污染物的消除效率最高。（2）研究了吸附剂和光催化剂的组装方式对污染物去除效率的影响。设计制备了3种组装方式的吸附光催化复合材料，包括纳米颗粒/多孔块体、纳米颗粒/纳米多空微球、纳米片/多空微球。研究发现，纳米颗粒/纳米多空微球的组装方式在稳定锐钛矿相纳米二氧化钛的晶相结构、颗粒大小及在污染物、活性物种扩散方面比纳米颗粒/多孔块体的组装方式更具优势。而纳米片/多空微球则在增强光吸收和减少活性位覆盖方面具有优势。（3）研究了吸附光催化协同作用机理。污染物可通过复合材料上的吸附剂被快速吸附，再经光催化产生的超氧自由基、羟基自由基被彻底降解。研究发现，污染物分子在吸附剂表面的吸附及水分子在光催化剂表面的吸附对吸附光催化协同作用有重要影响，如单一使用吸附剂或光催化剂，污染物分子和水分子之间会因存在竞争吸附，导致对污染物去除效率下降。（4）商业空气净化器内过滤模块主要以纤维材料为主，我们进一步开发出具有吸附光催化功能的复合纤维材料，为后续吸附光催化模块的在空气净化器中的应用积累基础。