陶瓷-金属复合空气净化材料的制备及性能研究

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由于世界经济和现代工业的发展,城市和农村的空气环境受到严重污染。室内空气质量日益恶化,而尤以现代工业和室内装修所带来的挥发性有机化合物最为普遍和严重。针对这种情况,出现了各种室内空气净化技术,如机械过滤,静电除尘技术,膜技术,吸附技术,光催化技术等,但它们都存在各自的优点和缺陷。本文以多孔蜂窝陶瓷为载体采用化学浴沉积法制备Cu2O薄膜制备出多孔蜂窝陶瓷和金属氧化物的复合材料,用于室内空气净化,将多孔材料和光催化技术结合起来,相比传统光催化技术,既增大了反应面积,又使其能在普通光照下反应。另外,将多孔吸附技术和铜锌合金技术结合起来,在多孔陶瓷上负载铜锌合金,使多孔陶瓷的吸附作用和铜锌合金的微原电池氧化还原作用同时发挥功效。   本文以多孔蜂窝陶瓷为载体,Cu(AC)2作为铜源,Na2S2O3为还原剂,利用改进后的化学浴沉积法制备Cu2O薄膜。在每次放入反应物溶液后就浸入蒸馏水一次,这样既有利于致密Cu2O薄膜的生成,同时也减少了溶液污染、降低了成本。得到的最佳制备工艺是:浸入溶液时间为20s,沉积温度为60℃~70℃。SEM和EDS分析表明,氧化亚铜在多孔陶瓷表面均匀沉积,且已达到亚微米级;XPS分析表明,Cu2p3/2结合能值为931.93eV,谱峰呈现典型一价铜氧化物谱图的特征,改进俄歇参数α为1849.43eV,分析表明铜主要以一价氧化物的形式存在。   本文测试了多孔蜂窝陶瓷负载Cu2O薄膜对室内空气中的苯、氨、甲醛的去除效果,考察了空气流速、空气湿度、初始浓度、反应面积等因素对污染物去除率的影响。实验结果表明:随着空气流速的提高,污染物的去除率不断降低;随着空气湿度的降低,污染物的去除率先升高后降低,在空气湿度为60%和80%之间存在一个最佳值;随着初始浓度的提高,污染物的净去除率不断下降;随着反应面积的增加,污染物的去除率有所提高,但并未完全按照其面积增加的比例线性增加。对氨、苯、甲醛的最高去除率分别达到70%、60%、61.9%;最低去除率也分别达到20%、6.1%、20.68%。   用铜锌金属簇滤料对室内空气中的氨、苯、甲醛和总VOC进行了净化实验,同时与传统活性炭材料的去除效果进行了对比。考察了材料颗粒大小、床层高度、材料用量和净化时间等因素对去除率的影响。小颗粒铜锌金属簇滤料的去除效果优于大颗粒材料,氨、苯、甲醛、总VOC的最高去除率分别达到71.4%、36%、65%、53.6%;2cm床层高度的去除效果优于1cm。虽然活性炭的起始去除率好于铜锌金属簇滤料,但是随着活性炭去除率不断下降,15小时以后就低于铜锌金属簇滤料,铜锌金属簇滤料的去除率仍然保持稳定,其寿命优于活性炭。
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