一種利用半導體催化劑光熱降解甲醛等大氣有機汙染物的方法與流程
2023-10-29 07:37:27 1
本發明公開了一種利用半導體催化劑光熱催化降解甲醛等大氣有機汙染物的方法，該方法設備條件要求低、操作簡單和易於實際應用，對於降解甲醛等大氣有機汙染物具有較高的效率。本發明屬於治理環境汙染科學技術領域，為治理大氣汙染提供了一種新型簡便的方法。
背景技術：
目前，大氣汙染時時刻刻危害著人們的健康，隨著生活水平的提高，裝修房子或者購入新家具造成的室內汙染，已經得到人們的普遍關注，室內汙染最為主要的汙染物是甲醛，甲醛具有致毒性。科學研究表明，人們短期吸入甲醛會引起眼紅、眼癢、咽喉不適等多種不良反應，而長時間處於甲醛含量超過30mg/m3的室內，會引發各種疾病如皮膚病和癌症。一般情況下甲醛的釋放期較長，可達3-10年之久。因此，如何消除室內甲醛汙染是一項關乎全人類健康的大問題。
本發明公開了一種利用半導體催化劑光熱催化降解甲醛等大氣有機汙染物的方法。該方法是利用所研製的半導體催化劑在低溫可見光光照條件下光熱催化降解甲醛等大氣中的有機汙染，將其有機汙染轉化成無汙染的二氧化碳和水。該方法成本低、效率高、去除徹底，而且條件要求簡單，對於治理大氣汙染具有廣泛的應用前景。目前，利用半導體催化劑光熱催化降解甲醛的研究工作未見報導，該方法將為治理大氣汙染開闢新的方向。
技術實現要素：
本發明公布了一種利用半導體催化劑光熱降解甲醛等大氣有機汙染物的方法，其發明內容包括以下方面：1.採用溶膠-凝膠法、共沉澱法和水熱法等製備出半導體催化劑。2.建立了利用該催化劑在低溫可見光光照條件下(50～90℃)光熱催化降解甲醛等大氣有機汙染物的實驗方法和光熱催化效率的評價方法。3.利用半導體催化劑進行光熱催化降解甲醛等大氣有機汙染物的實驗。結果表明：半導體催化劑在低溫(50～90℃)可見光光照條件下對於甲醛等大氣有機汙染物的光熱催化降解具有較高的效率；實驗方法工藝簡單、實施條件要求低，易於操作；而且光熱催化效率的評價方法準確可行。本發明的具體方法如下：
1.半導體催化劑的製備
採用溶膠-凝膠法、共沉澱法、水熱法等技術，製備出半導體催化劑。
2.熱催化降解甲醛等大氣有機汙染物實驗方法和熱催化效率的評價方法
熱催化降解甲醛的實驗是在將適量催化劑塗覆在玻璃載玻片的表面(面積為14cm×2cm)，將其放入反應器中，然後向熱反應器中注入降解物(如，10μL甲醛)，密封后將反應器置於恆溫箱中，在室溫下放置30分鐘，使甲醛完全氣化，且在催化劑表面達到吸附平衡；然後設定降解溫度(如，65℃)並打開氙燈(420nm濾光片)。開始計時，每隔2小時抽取的反應氣(0.4mL)，利用氣相色譜儀測定甲醛的剩餘濃度和甲醛光熱催化降解後的產物(CO2)濃度，確定催化劑光熱催化甲醛降解率。在不開氙燈或不加溫條件下分別進行催化劑的熱降解和光降解對比實驗。
為更好的理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但是本發明要求保護的範圍並不局限於實施例所表示的範圍。
【附圖說明】
圖1實施例1和2中樣品的XRD圖譜；
圖2實施例1中樣品的光熱催化降解甲醛生成CO2的活性圖；
圖3實施例2中樣品的光熱催化降解甲醛生成CO2的活性圖；
以下結合具體實施例和附圖對本發明做進一步描述，並具體說明本發明的熱催化結果。
【具體實施方式】
實施例1
TiO2的製備：室溫條件下，1ml濃HCl溶液與40ml無水乙醇C2H5OH混合，在劇烈攪拌下，將12ml鈦酸四丁酯Ti(OC4H9)4緩慢滴加到上述溶液中，形成均相溶液。加入一定量的去離子水(3ml)調節PH為3.5左右，持續攪拌直到形成TiO2凝膠；室溫下陳化24h，100℃乾燥12h，將樣品研磨成粉末後移至坩堝中，450℃高溫煅燒2.5h，得到TiO2樣品。
實施例2
CeO2的製備：室溫下，18ml 5mol/L的NaOH溶液中加入10mmol Ce(NO3)3·6H2O，充分攪拌後移至20ml反應釜中150℃水熱2h，去離子水洗三次，離心後80℃乾燥10h。將樣品研磨成粉末後500℃煅燒2h，得到CeO2樣品。
以下對附圖做簡要說明：
圖1表明分別成功的製備出TiO2和CeO2催化劑。
圖2表明純TiO2的熱催化降解甲醛生成CO2的活性很低，反應8h生成CO2濃度僅為3.62×10-6mol·L-1。在可見光條件下TiO2降解甲醛實驗進行8h後，反應器中CO2濃度為6.98×10-6mol·L-1。然而，在光熱條件(同時光照和加熱)下TiO2的催化活性明顯提高，生成CO2的濃度為16.19×10-6mol·L-1，是分別是單獨加熱和單獨光照下CO2生成濃度的4.47和2.32倍，且是二者之和的1.6倍。
圖3表明純CeO2的可見光催化降解甲醛生成CO2的催化活性較弱活性很低，反應8h生成CO2濃度僅為3.15×10-6mol·L-1。在加熱條件下CeO2降解甲醛實驗進行8h後，反應器中CO2濃度為5.48×10-6mol·L-1。同時，在光熱條件(同時光照和加熱)下CeO2的催化活性顯著提高，生成CO2的濃度為15.44×10-6mol·L-1，是分別是單獨光照和單獨加熱下CO2生成濃度的4.91和2.82倍，且是二者之和的1.79倍。
從以上實例中可以看出，與單獨光照和加熱相比，在光熱條件下樣品的催化降解甲醛生成CO2的催化活性得到很大的提高。