新型高效光催化剂的研制及在挥发性有机物降解中的应用

• 作 者: 陈江耀 何枝贵 聂信 史慧贤 安太成
• 机 构: 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室和广东省环境资源利用与保护重点实验室广州510640;中国科学院研究生院北京100049中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室和广
• 出 处: 第19届中国大气环境科学与技术大会暨中国环境科学学会大气环境分会2012年学术年会
• 发表日期: 2012年11期
• 关键词: 光催化剂 挥发性有机物 降解 应用

　　挥发性有机物(VOCs)是一类常见的大气污染物,世界卫生组织将其定义为是一类沸点介于50～260 ℃,室温下饱和蒸气压超过133.3 Pa 的易挥发性化合物.目前已知道的VOCs 的主要污染来源包括工农业行业排放、溶剂蒸发排放、生物质燃烧排放以及机动车辆等燃油交通工具的尾气排放等.越来越多的研究结果表明,VOCs 对环境、动植物的生长及人类健康均会造成极大的危害.如一些VOCs(如氯氟烃)微量时就足以破坏臭氧层,引起紫外辐射增多和地球温度的上升.另外,VOCs 会与NOX 发生化学反应,生成以臭氧为主要成分的光化学氧化剂,是光化学烟雾的元凶之一1.更为严重的是VOCs 还可经由皮肤接触或呼吸途径进入人体,从而引起中枢神经系统、呼吸系统、生殖系统、循环系统和免疫系统功能异常,可能损伤DNA 并具有“三致”作用2.因此,如何有效地预防和消除VOCs 污染已成为目前化学工程和环境保护领域的一个热门研究课题.光催化技术在VOCs 净化方面具有许多传统物理、化学方法所没有的优点.因此,本课题组首先研制出了一系列的新型光催化剂,在此基础上系统地开展了这些光催化剂光催化降解典型VOCs 如甲苯、苯乙烯、乙酸乙酯和乙硫醇等的研究,并将化学分析手段和微生物遗传毒理学评价手段相结合,系统开展了典型VOCs 的光催化降解气相中间产物的致突变性评估.结果表明：(1)泡沫镍负载TiO2光催化剂和介孔TiO2 薄膜光催化剂对高浓度VOCs 展现出了非常卓越的光催化活性.如前者在UV254+185nm激发下,可以在7 min 内将初始浓度为400 ppmv 的苯乙烯100％去除；(2)TiO2 空心球多聚体光催化剂、硅胶负载TiO2 柱撑蒙脱石光催化剂和碳纳米管-TiO2 小球复合光催化剂在光催化剂能够有效地降解低浓度VOCs.如在UV365nm 激发下,硅胶负载TiO2 柱撑蒙脱石光催化剂在120 min 内对单组分、双组分或三组分的甲苯、乙酸乙酯和乙硫醇(初始浓度为500 ppbv)的降解率均在95％以上；(3)VOCs 光催化降解气相中间产物的化学分析和遗传毒性评价结果表明对于VOCs 来说,光催化技术是一种有效脱毒方法.如采用Ames 试验来评价介孔TiO2 薄膜光催化剂光催化降解甲苯过程气相中间产物的遗传毒性变化情况,结果表明甲苯本身及其气相降解中间产物,无论直接作用或经S9 代谢活化作用,各剂量组对TA98 和TA100 两种试验菌株均未呈现致突变毒性.