利用覆有纳米二氧化钛薄膜的玻璃环净化有机污染气体的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用覆有纳米二氧化钛薄膜的玻璃环净化有机污染气体的方法。该方法包括步骤：（１）制备覆有纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环；（２）将玻璃环装入净化装置的石英玻璃管中；（３）将有机污染气体由净化装置的混合容器进样口注入；（４）启动净化装置，打开紫外灯，经过１２０ｍｉｎ照射后，有机污染气体降解为二氧化碳和水。本发明专利技术采用固定化技术制备了二氧化钛／玻璃复合空气净化薄膜，玻璃透光性好，且高硼玻璃对紫外线吸收较少，所以玻璃作为载体能够充分利用紫外光源。采用玻璃环不仅具有透光性好的优点，还能很好的增加透气性和增大反应面积，有利于光催化反应的进行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空气净化领域，特别涉及一种利用覆有纳米二氧化钛薄膜的玻璃环净 化有机污染气体的方法。
技术介绍
纳米二氧化钛光催化氧化技术具有效率高、能耗低、操作简单、反应条件温和、适 用范围广、没有二次污染等优点，在有机污染物治理中占有重要地位。随着化学工业的发展 和人类生活设施的现代化，甲醛和苯等物质是空气中常见的挥发性有机污染物，被世界卫 生组织确定为强致癌物质。目前对可挥发性有机污染物的处理技术，主要包括通风换气、吸附技术、臭氧发生 技术、等离子体技术、光催化净化技术等。通风换气净化方法主要应用在污染程度较轻的场 合；吸附技术分为物理吸附和化学吸附，该方法能有效地清除浓度很低的有害物质，净化效 率高，设备简单，但吸附剂要定期更换，常用的吸附材料有活性炭、硅胶等；等离子体技术是 利用气体放电产生的具有高度反应活性的电子、原子、分子和自由基与各种有机、无机污染 物反应，从而使污染物降解。光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原 能力，常用的光催化剂有Ti02、Zn02、Fe203等，其中TiO2具有良好的抗光腐蚀性和催化活性、 性能稳定、价格低廉、无毒无害是目前公认的最佳光催化剂。良好的光催化剂载体应具有以下特点具有良好的透光性；在不影响二氧化钛催 化活性的前提下，与二氧化钛颗粒间具有较强的结合力；比表面积大；对被降解的污染物 有较强吸附性；易于固液分离；有利于固-液传质；化学惰性等。光催化剂载体的作用主要 是固定二氧化钛，防止二氧化钛流失，提高二氧化钛的利用率；提高光源利用率；便于制成 各种形状的光催化反应系统。目前，国内外研究较多的催化剂载体有=SiO2、玻璃纤维网、空心陶瓷球、海砂、层 状石墨、空心玻璃珠、石英玻璃片、普通玻璃片、光导纤维、天然粘土、活性炭等。在载体选择 时，必须对光效率、光催化活性、催化剂负载的牢固性、使用寿命、价格等作综合考虑。日前， 科技工作者对玻璃和陶瓷作为载体的研究较为广泛。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种利用覆有 纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环净化降解空气中有机污染气体的方法。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现一种利用覆有纳米二氧化钛薄膜的玻璃 环净化有机污染气体的方法，其特征在于包括以下操作步骤(1)制备覆有纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环；(2)将覆有纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环装入净化装置的石英玻 璃管中；4(3)将有机污染气体由净化装置的混合容器进样口以0. 16L/min 1. 60L/min的 速度注入；(4)启动净化装置，打开紫外灯进行照射后，有机污染气体降解为二氧化碳和水。所述有机污染气体为甲醛、苯、甲苯、硫化氢和氨气中的至少一种。步骤⑷所述紫外灯的瓦数彡15W ；所述照射时间为15min 120min，照射的光照 强度为 1. 36mff/cm2 6. 89mW/cm2。步骤(1)所述玻璃环的制备方法按以下操作步骤(1)将高硼玻璃管截断为高度为1 3cm的玻璃环；(2)将步骤(1)所得高硼玻璃环在稀硫酸溶液中浸泡6 10小时，用去离子水清 洗，烘干干燥，得到经过预处理的玻璃环；(3)将步骤(2)所得经过预处理的玻璃环浸入纳米二氧化钛胶体中，取出，待湿膜 干燥后，放在马弗炉中进行热处理，处理温度400 600°C，处理时间30 120min，得到覆 有纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环。步骤(3)所述纳米二氧化钛胶体的制备按以下操作步骤(1)将钛的化合物和乙酐混合，加入非极性溶剂中，所述钛的化合物、乙酐和非极 性溶剂的摩尔比为1 1 2，在温度80 90°C条件下进行反应，当反应物呈现乳白色后， 继续反应0. 5 lh，将反应生成物经分离、洗涤、自然风干得到钛氧配合物的混合物粉体；(2)称取步骤(1)所得混合物粉体于反应器中，加水，加酸，再加入掺杂剂；混合 均勻，90°C反应10h，得到纳米二氧化钛溶胶；所述混合物粉体、水、掺杂剂和酸的摩尔比为 5 100 0.05 1 ；(3)在步骤(2)所得纳米二氧化钛溶胶中加入酸进行絮凝，离心分离得到凝胶体； 所述酸的体积占纳米二氧化钛溶胶和酸的总体积的10 15% ；(4)在步骤(3)所得凝胶体中加入2倍凝胶体体积的水，搅拌，离心分离，重复2 次，在经过水洗处理的凝胶体中加入20倍凝胶体体积的水，得到纳米二氧化钛水溶胶。步骤(1)所述钛的化合物为异丙醇钛、四丁氧基钛、乙氧基钛、四氯化钛酸钡或三 氯化钛；所述非极性溶剂为环己烷、四氯化碳、苯或石油醚。步骤(2)所述酸为浓硝酸、浓盐酸、磷酸或硫酸；所述掺杂剂为硝酸铁。步骤(3)所述酸为硫酸、硝酸、盐酸或磷酸。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益的效果(1)本专利技术制得的纳米二氧化钛胶体催化剂制备成本低；(2)采用光触媒技术，即纳米二氧化钛在紫外光照射下可以高效的把有机污染物 分解为无毒无公害的物质——二氧化碳和水，没有二次污染；(3)采用固定化技术制备了 TiO2/玻璃复合空气净化薄膜。由于玻璃透光性好，且 高硼玻璃对紫外线吸收较少，所以玻璃作为载体能够充分利用紫外光源。在设计中采用玻 璃环不仅具有透光性好的优点，而且玻璃环的内外表面均负载了 TiO2薄膜，在净化过程中 待净化气体多次穿行于玻璃环的内外表面，还能很好的增加透气性和增大反应面积，有利 于光催化反应的 行。附图说明图1是净化甲醛气体的实验装置示意图，其中1为混合容器，2为流量计，3为微量 气体泵，4为管道，5为石英玻璃管，6为紫外灯，7为温湿度计，8为风扇，9为进样口，10为二 氧化碳检测仪。图2是用净化有机污染气体的实验装置降解甲醛的效果图。图3是净化苯气体的实验装置示意图，其中1为混合容器，2为流量计，3为微量气体泵， 4为管道，5为石英玻璃管，6为紫外灯，7为温湿度计，8为风扇，9为进样口，10为气体传感器。图4是用净化有机污染气体的实验装置降解苯的效果图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但专利技术的实施方式不限于此。实施例1 二氧化钛胶体制备(1)将异丙醇钛和乙酐混合，加入环己烷中，所述异丙醇钛、乙酐和环己烷的摩尔 比为1 1 2，在温度80°C条件下进行反应，当反应物呈现乳白色后，继续反应lh，将反应 生成物经分离、洗涤、自然风干得到钛氧配合物的混合物粉体；(2)称取步骤(1)所得混合物粉体于反应器中，加水，加浓硝酸，再加入掺杂剂硝 酸铁；混合均勻，90°C反应10h，得到纳米二氧化钛溶胶；所述混合物粉体、水、掺杂剂和浓 硝酸的摩尔比为5 100 0.05 1 ；(3)在步骤(2)所得纳米二氧化钛溶胶中加入硫酸进行絮凝，离心分离得到凝胶 体；所述硫酸的体积占纳米二氧化钛溶胶和硫酸的总体积的15% ；(4)在步骤(3)所得凝胶体中加入20mL水，搅拌，离心分离，重复2次，在经过水洗 处理的凝胶体中加入IOOmL水得到纳米二氧化钛水溶胶。覆有纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环的制备(1)将高硼玻璃管截断为高度为Icm的玻璃环；(2)将步骤(1)所得高硼玻璃环在稀硫酸溶液中浸泡6小时，用去离子水清洗，烘 干干燥，得到经过预处理的玻璃环；(3)将步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用覆有纳米二氧化钛薄膜的玻璃环净化有机污染气体的方法，其特征在于包括以下操作步骤：（１）制备覆有纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环；（２）将覆有纳米二氧化钛薄膜的具有光催化能力的玻璃环装入净化装置的石英玻璃管中；（３）将有机污染气体由净化装置的混合容器进样口以０．１６Ｌ／ｍｉｎ～１．６０Ｌ／ｍｉｎ的速度注入；（４）启动净化装置，打开紫外灯进行照射后，有机污染气体降解为二氧化碳和水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈文浩，陈小泉，李东勋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]