一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法技术

本发明专利技术是一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法，属于隧道汽车尾气治理技术领域，解决目前二氧化钛只能吸收紫外光、难以利用可见光、易团聚、降解效率低、在隧道照明条件下降解尾气效果差的问题。本发明专利技术首先采用溶胶‑凝胶法制得钒改性二氧化钛凝胶，加热凝胶从室温升至80℃，维持该温度在搅拌情况下陈化6小时，然后自然降温至室温，经真空过滤后在100℃下干燥6小时，充分研磨后在600℃下煅烧2小时，制得纳米钒改性二氧化钛；最后模拟隧道照明条件下测试钒改性二氧化钛对汽车尾气的降解效果，确定钒的最佳掺杂量。本发明专利技术制备的钒改性二氧化钛可用于隧道内壁和路面中，降解隧道内汽车尾气，减少对司乘人员身体危害，改善隧道内行车环境质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种适应隧道照明条件下的降解汽车尾气的钒改性二氧化钛制备方法，属于隧道汽车尾气治理

技术介绍
近年来，中国隧道工程发展迅速，已建成大量长大型隧道。隧道是个相对封闭的区域，长大型隧道在运营管理时又会常常遇到通风不畅的问题，使车辆行驶时排出的废气烟尘无法及时排除，不仅对人体的健康造成严重威胁，还会降低隧道内的能见度，妨碍行车安全，污染物的长期存在还会对隧道内的结构物、灯具等设备造成腐蚀，影响其使用寿命。已有研究表明汽车尾气中含有大量的CO、CO2、NOx、HC、烟尘微粒等严重危害司乘人员的健康的气体。尤其是当隧道内发生严重堵车情况时，汽车排放的尾气不能及时排出，大量累积，尾气浓度将快速升高，当其浓度达到一定程度时，会致人昏迷，甚至死亡。目前，为了降低长大型隧道内污染物浓度，多采用机械通风的方法，但这仅仅能把汽车尾气进行稀释，并不能从根本上解决空气污染的问题。稀释扩散的污染物会对隧道周围的环境造成污染，危及周边居民的身体健康。近年来，有部分学者考虑在涂料、沥青路面中加入纳米二氧化钛，利用纳米二氧化钛的光催化原理实现隧道内汽车尾气的净化，已取得一定成果。二氧化钛不仅是一种半导体材料而且是受欢迎的催化剂之一，其光催化性能优异、无毒、化学稳定性、廉价，使得其在环境治理领域得到广泛应用，例如，降解有毒气体，净化水体，除臭等。由于二氧化钛半导体禁带宽度为3.2eV，其对应的激发波长为387nm，属于紫外光区，而隧道到内光源多为可见光，只有少量的紫外光，人体长时间暴露在紫外光下又会引起健康问题，所以隧道内不能安放紫外荧光灯；另外光激发二氧化钛所产生的光生电子-空穴复合率高，导致光量子效率低，光催化性能不突出。因此，如何提高其对可见光的光吸收率，改善二氧化钛在隧道光照条件下降解汽车尾气的效果已成为研究的重点问题之一。近年来人们尝试了多种办法对二氧化钛进行改性，主要使二氧化钛晶体颗粒尺寸减小，增加粉末的比表面积，提高晶体的光催化效率，提高二氧化钛的结晶度抑制电子和空穴的复合，增强二氧化钛的可见光响应，提高二氧化钛可见光利用效率。当前主要是通过利用表面贵金属沉积、复合半导体、表面光敏化、表面螯合衍生化作用、离子掺杂等方法对二氧化钛进行改性。其中离子掺杂又分为金属离子掺杂和非金属离子掺杂。由于非金属掺杂的机制和对可见光的利用原理尚未明确，对二氧化钛的改性研究的最重要方法还是是金属离子掺杂。当掺杂金属离子进入二氧化钛的晶格，金属离子可以导致晶格缺陷或提高催化剂的结晶度，在二氧化钛的禁带中引入掺杂能级，使吸收带边延伸，提高可见光响应程度和量子产生效率，使二氧化钛在隧道光照条件下具有降解汽车尾气的效果。因此，本专利技术根据隧道光照条件，采用钒掺杂改性二氧化钛光催化剂用作隧道内衬砌、路面、附属设施等，充分利用隧道照明条件，使其光吸收谱带向可见光拓展，提高可见光吸收率，改善二氧化钛光催化效率，从而降解汽车尾气，提高隧道空气质量。
技术实现思路
(1)技术问题本专利技术目的是提供一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法，解决目前二氧化钛只能吸收紫外光、难以利用可见光、易团聚、降解效率低、在隧道照明条件下降解尾气效果差的问题。(2)技术方案为了解决目前常规方法制备的二氧化钛可见光利用效率低、光生电子-空穴对易复合和汽车尾气降解效果差等技术难题。本专利技术首先根据二氧化钛的光催化原理，选取金属钒离子作为掺杂剂，然后根据隧道特殊环境，利用金属钒离子提高二氧化钛光催化剂在人造光源下降解汽车尾气效果，提供一种适应隧道照明条件下的降解汽车尾气的钒掺杂二氧化钛制备方法。本专利技术技术方案如下：采用溶胶-凝胶法制得氮掺杂二氧化钛溶胶，经陈化制得凝胶，再研磨和煅烧制备纳米氮掺杂二氧化钛光催化剂，然后利用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见光漫反射光谱、X射线光电子能谱等表征手段分析钒离子对二氧化钛的微观结构的影响，最后在模拟隧道环境下，对钒掺杂二氧化钛进行汽车尾气的实际降解效果测试，以确定钒的最佳掺杂量，进一步提高隧道内汽车尾气降解效果，改善隧道内行车环境。(3)有益效果由于机动车保有量的迅速增加，机动车产生的尾气污染物严重威胁着自然环境和人类的健康。尤其近年来我国交通运输行业的发展迅速，大量的长大型隧道相继投入使用，隧道结构是一个相对封闭的空间，隧道内的汽车尾气不能及时扩散稀释，环境更为恶劣。汽车排放的尾气中含有大量氮氧化物，碳氧化物和碳氢化合物等多种成分，司乘人员长时间吸入尾气，会致人昏迷，甚至死亡。如果污染物的长期存在还会对隧道内的结构物、灯具等设备造成腐蚀，影响其使用寿命。本专利技术提供一种适应隧道照明条件下的降解汽车尾气的钒改性二氧化钛制备方法，根据隧道内实际环境确定钒的最佳掺杂量，制备的钒掺杂二氧化钛可涂覆于隧道内衬和路面，对降解隧道内汽车尾气，保证司乘人员的健康，改善隧道内行车环境具有十分重要的现实意义。具体实施方式本专利技术提供一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法，具体实施步骤如下：(1)在烧杯中加入60毫升0.02摩尔/升的硝酸，然后加入一定量的五氧化二钒，在室温下充分混合2小时，制得溶液A；(2)在另外一个烧杯中加入60毫升去离子水，然后加入10毫升二氯化氧钛，在室温下充分混合1小时，制得溶液B；(3)把溶液B加入溶液A中，在室温下充分混合2小时，制得溶液C，调整其PH值至6，制得凝胶；(4)加热凝胶从室温升至80℃，维持该温度在搅拌情况下陈化6小时，然后自然降温至室温，经真空过滤后在100℃下干燥6小时，充分研磨后在600℃下煅烧2小时，制得纳米钒改性二氧化钛；(5)利用光催化剂降解汽车尾气测试装置，模拟隧道照明条件测试钒改性二氧化钛对汽车尾气各成分的光催化降解效果，经反复试验，调整五氧化二钒添加量，确定钒的最佳掺杂量，使钒改性二氧化钛在隧道照明条件下，发挥更好的降解效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)在烧杯中加入60毫升0.02摩尔/升的硝酸，然后加入一定量的五氧化二钒，在室温下充分混合2小时，制得溶液A；(2)在另外一个烧杯中加入60毫升去离子水，然后加入10毫升二氯化氧钛，在室温下充分混合1小时，制得溶液B；(3)把溶液B加入溶液A中，在室温下充分混合2小时，制得溶液C，调整其PH值至6，制得凝胶；(4)加热凝胶从室温升至80℃，维持该温度在搅拌情况下陈化6小时，然后自然降温至室温，经真空过滤后在100℃下干燥6小时，充分研磨后在600℃下煅烧2小时，制得纳米钒改性二氧化钛；(5)利用光催化剂降解汽车尾气测试装置，模拟隧道照明条件测试钒改性二氧化钛对汽车尾气各成分的光催化降解效果，经反复试验，调整五氧化二钒添加量，确定钒的最佳掺杂量，使钒改性二氧化钛在隧道照明条件下，发挥更好的降解效果。

【技术特征摘要】
1.一种适应隧道照明条件的钒改性二氧化钛制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)在烧杯中加入60毫升0.02摩尔/升的硝酸，然后加入一定量的五氧化二钒，在室温下充分混合2小时，制得溶液A；(2)在另外一个烧杯中加入60毫升去离子水，然后加入10毫升二氯化氧钛，在室温下充分混合1小时，制得溶液B；(3)把溶液B加入溶液A中，在室温下充分混合2小时，制得溶液C，调整其PH值至6，制得凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：许涛，王彤，时爽，沈东亚，汪洋，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32