[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于空气净化领域，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。

背景技术

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TiO₂、ZnO₂、Fe₂O₃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。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点和不足，本发明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。

本发明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；

(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(4)所述紫外灯的瓦数≥15W；所述照射时间为15min～120min，照射的光照强度为1.36mW/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℃，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℃条件下进行反应，当反应物呈现乳白色后，继续反应0.5～1h，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；混合均匀，90℃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％；