论文总字数：17337字

目 录

第一章 绪论 6

1.1 引言 6

1.2 日常生活中的甲醛 6

1.2.1甲醛的来源 6

1.2.2甲醛的危害 6

1.2.3甲醛的治理 7

1.3 TiO₂光催化氧化概述及研究现状 7

1.4 整体式可见光催化剂概述 8

1.4.1整体式催化剂特点 8

第二章 实验准备 9

2.1实验药品和仪器 9

2.1.1实验药品 9

2.1.2实验仪器 9

2.2负载型催化剂的表征方法 9

2.2.1红外光谱（IR）分析 9

2.2.2扫描电镜（SEM）测定 9

第三章 整体式可见光催化剂压片制备方法及催化活性的考察 10

3.1催化剂制备方法 10

3.2催化剂催化活性考察方法 10

3.3催化剂催化活性实验结果分析 10

第四章 负载型分子筛可见光催化剂浸泡制备方法及性能的考察 13

4.1催化剂制备方法 13

4.2催化剂催化活性考察方法 13

4.3催化剂催化活性实验结果分析 13

4.4催化剂表征结果分析 16

4.4.1红外光谱图分析 16

4.4.2扫描电镜图结果分析 18

第五章 负载型分子筛可见光催化剂涂覆制备方法及性能的考察 19

5.1催化剂制备方法 19

5.2催化剂催化活性考察方法 19

5.3催化剂催化活性实验结果分析 19

5.4催化剂表征结果分析 20

5.4.1红外光谱图分析 20

5.4.2扫描电镜图结果分析 21

第六章 结论与展望 23

6.1结论 23

6.2展望 23

参考文献 24

致谢 26

整体式可见光催化剂在LED节能灯下光催化氧化HCHO

丁臻尧

, China

Abstract: The monolithic catalyst was prepared by pressing method, soaking method and coating method. Wherein the compression method is carried out by adding kaolin and the like to the active powder, and the immersion method and the coating method are carried out by loading the molecular sieve by the active sol-gel formation process. The morphology of the molecular sieves after loading was studied by SEM and IR spectra. The performance of the catalysts was evaluated by the decrease of formaldehyde concentration in the closed reactor for a certain period of time. The experimental results show that the catalyst efficiency is much higher than that of the compression method by the immersion method and the coating method, and the larger the pore size is, the higher the efficiency is. Coating method within 12h formaldehyde concentration from 1.003 to 0.275mg / m³, soaking method takes 48h.

Key words: Monolithic, photocatalyst, formaldehyde, molecular sieve

第一章 绪论

1.1引言

中国经济的日益发展，带动着科技进步，但是科技是一把双刃剑，一方面人们的生活水平得到提高，另一方面，由其带来的污染问题却也不容忽视。甲醛作为一种严重危害人类日常生存的有机小分子污染物，给人们带来了很多烦恼。在各种去甲醛的方法中，较为凸出的是光降解。而其中，以TiO₂为首的半导体材料又是科学家们的不二选择。其优良的性能，无毒无害无污染的特点符合现代科学中追求高利用率以及追求环保优异性能的大趋势。通常光催化剂在研究中是以粉末的形态存在，可提高其实用性能，将粉末进行固载，制备成整体式催化剂，运用在日常气体、水体污染处理当中。

1.2日常生活中的甲醛

1.2.1甲醛的来源

甲醛的工业制法通常是通过用催化剂氧化甲烷和甲醇而大规模生产。在日常室温条件下，甲醛是无色且无味的气体，易燃、易溶于水且反应活性较高。甲醛作为重要的有机化学原料，通常被用于防腐剂、消毒剂等中^[1]。对于室内环境而言，甲醛往往被加进热固性粘合剂之中。此外，在我们日常接触到的日化用品中往往都会含有甲醛，例如：纸制品、油漆、纺织品、添加了防腐剂的食品等等^[2]。越来越多的人开始意识到甲醛在我们生活中无孔不入，但是人们对甲醛的危害似乎还没有认识到位。

1.2.2甲醛的危害

随着人们在室内的时间越来越长，吸入室内污染物的风险远高于户外，室内环境对人体健康起着至关重要的作用^[3]。甲醛是最常见的空气污染物之一，接触过量的甲醛会引起眼睛和皮肤等的刺激感，导致鼻肿瘤等相关疾病^[4][5]。

早在1977年，前德国联邦卫生署就提出了甲醛浓度0.1ppm的指导值，以防止人们在住房中长时间接触甲醛。在1981年，德国以及丹麦都分别建立了木质材料甲醛排放限制和管理标准。

室内的甲醛的浓度一般很低,而且处理起来较困难。然而，即使是浓度很低，甲醛也能让人感到不适。目前已经进行的各种动物实验提示，甲醛有严重的诱发癌症产生的可能性^[6]。2004年，国际癌症研究机构（IARC）将甲醛列入人类致癌物质第1组。本评估是基于有关鼻咽癌、白血病等病症与长期暴露在甲醛环境中的关系而设定的。在欧盟，甲醛被列为第3类可疑的诱发癌症物。自1991年以来，美国EPA已将甲醛视为可能的人类诱发癌症物质。

因此，如何采用简单便捷的方法处理室内较低浓度甲醛越来越成为了一项重要的研究课题^[7][8]。

1.2.3甲醛的治理

目前，人们已研究出多种去除甲醛的方法，如物理吸附，催化燃烧，植物吸收等^[9]。但是，这些方法的应用受到各种条件的限制，如在进行物理吸附时，往往要考虑到能耗高，吸附能力有限等问题，而进行催化燃烧和植物吸收时，通常要考虑到是否会产生二次污染等，因此甲醛的去除仍是一个亟待探究的挑战^[10].

对于室内甲醛的处理，人们一般会想到以下几个方法：从一开始就避免甲醛的产生，在墙壁上进行涂覆减少甲醛的挥发，增加通风等等。但是，类似于源清除这样的方法，在日常生活中并不能完全实现。人们总是会需要家具、电器等生活必需品。近年来，催化氧化因其温和的反应条件，而且不需要过多的能量，逐渐步入人们的眼中，被业界认为是降解甲醛的有效之策^[11]。

TiO₂光催化氧化概述及研究现状

近年来，随着科学技术的快速发展，所产生的污染物也越来越多，环境污染日益严重，这为开展环境保护领域的应用研究提供了积极的动力背景^[12]。对于日常遇到的小分子有机污染分子，人们的研究兴趣开始逐渐集中在太阳能下，用半导体的光催化作用对其进行降解。一些半导体如TiO₂、ZnO等在此领域的用途日渐广阔，因为它们有显著的宽带隙，能够去分裂光致电子以及空穴。作为催化分解中有效的光催化剂，半导体需要去满足与适当带隙（1.6-2.2eV）^[13]，有效的可见光吸收，高载流子的迁移率等有关的几个关键要求，以及获得长期的稳定性。在半导体氧化物光催化中，更为突出的是TiO₂^[14]。与其他材料的良好的相容性、没有毒性、价格较低、符合环保要求等优点成为TiO₂步入大众视线的助推器。

但是，对于TiO₂的应用研究，在过去的几十年中也遇到了不少问题^[15]，其中最大的问题就是TiO₂的能带隙大概在3.2eV，只能在紫外条件下产生作用。经过不懈得努力，已经初步解决了如何使其在可见光的条件下也有较好的效果，方法之一就是将金属以不同的比例掺杂进TiO₂中。本文中所述活性粉末均以将Bi以合适的质量比例掺杂进入了其中，以增强其活性。

目前，光催化研究应用可以分为4个方面：1、气体污染治理；2、水体污染治理^[16]；3、杀菌除臭；4、防污自清洁。在气体污染治理方面，光催化剂可以催化降低类似于SO₂、HCHO等损害健康的有毒气体的浓度^[17]。例如，家庭中使用的空气净化滤器，往往都是将光催化和超滤这两项技术同时结合运用。以及，在物体表面涂抹适量的TiO₂材料，吸附并降解SO₂、 HCHO、NO、H₂S等毒害气体。当然，这些催化剂更多的是适用于气体浓度不太高的情况，如果是高浓度的有毒污染气体，则光催化剂很有可能出现中毒的现象^[20]。

总而言之，半导体光催化剂尤其是TiO₂在日常是生活中能够起到非常显著的除污染物的效果，是研究的热点以及重点之一。

1.4 整体式可见光催化剂概述

1.4.1 整体式催化剂特点

在催化的探究了解中，为了提高催化剂与被催化物质的接触面积，催化剂通常被制成粉末状。然而，粉末状催化剂不易保存，非常容易随气流离开反应器^[18]，且粉末无法形成任何形状，在很多室内设备中无法使用，如空调、空气净化器等。因此，选择合适的方法，对活性粉末进行固载，增强其稳定性，对甲醛等气体有机污染物的去除至关重要。

负载型催化剂是实用且方便的整体式催化剂之一。本文制备了负载型TiO₂分子筛催化剂，测试了其催化性能。负载型TiO₂分子筛光催化剂单从催化机理来看，与纯TiO₂光催化剂基本相同。分子筛作为载体，除了起到固载活性粉末的作用，同时也有辅助催化的作用。分子筛的孔道的内表面也充分富集着电子^[19]，可以产生相应的强电场，因而能够去抑制一定的电子空穴的复合^[21][22]，使得分子筛更易捕捉吸附质，强化了光催化剂催化的效率^[23][24]。

第二章 实验准备

2.1 实验药品和仪器

2.1.1实验药品

表2-1 主要实验试剂一览表