室内嗅味物质的真空紫外光催化降解及副产物臭氧的控制

室内嗅味物质来源广，可二次释放，与病态建筑综合症密切相关，在室内空气质量评价中呈急性反应特性，是引起关注的新一类室内空气污染物。真空紫外光催化兼具真空紫外光降解与光催化的双重作用，是一种新型的强化光催化空气净化技术，但会产生副产物臭氧，室内应用会造成二次污染及安全隐患。本项目以控制副产物臭氧为出发点，提出一种低浓度嗅味物质的真空紫外光催化降解及臭氧控制的方法，即制备具有臭氧利用与分解功能的光催化薄膜，利用贵金属纳米粒子可抑制光生载流子复合及成为分解臭氧的催化活性位的特点，研究在真空紫外光催化中引入臭氧利用与分解型光催化剂，利用多余臭氧，强化嗅味物质的降解，并原位分解臭氧，考察各种因素对嗅味物质降解与臭氧分解的影响，检测中间产物，弄清嗅味物质真空紫外光催化作用下的降解机理、反应动力学及影响因素，并探讨在纳米贵金属促进臭氧利用后，嗅味物质的强化降解及臭氧分解的协同作用机制。

在真空紫外气相光催化过程中，会产生大量副产物臭氧，可能会引起室内二次污染，本课题围绕这一关键问题，开发了纳米贵金属修饰的TiO2薄膜和MnOx-TiO2复合薄膜，探讨了其在真空紫外光下分解甲醛和副产物臭氧的性能与机理。. (a) 纳米贵金属修饰的TiO2的制备、表征与性能研究：采用低温静电自组装方法，于TiO2薄膜上实现了纳米Au、Pt和Pd的可控负载，粒子平均尺寸为2~5nm，没有团聚，分布均匀，表面密度高，负载量可由溶胶pH值和组装时间来调节。溶胶pH值控制纳米金属和TiO2的zeta电位，当pH值低于或接近TiO2等电点时，有利于静电自组装；低温(0℃)可抑制溶胶中纳米金属粒子的生长，保证贵金属粒子于TiO2表面小尺寸组装。金属态Au、Pd和Pt可促进光生载流子分离，提高贵金属修饰TiO2的光催化活性，以纳米Au修饰TiO2电极，电荷分离效率从73.1%提高到89.6%，电荷转移阻抗(Rct)降低到纯TiO2电极的16%。. (b) 贵金属修饰TiO2真空紫外光催化分解甲醛与臭氧的控制：真空紫外光催化降解低浓度甲醛效率高，甲醛浓度从~430ppbv降到10~45ppbv，且催化剂不失活。以贵金属修饰TiO2，可提高甲醛的转化率，并将残留臭氧浓度从22.4mg/m3降到10.7 mg/m3，臭氧转化率提高近2倍。Pd-TiO2真空紫外光催化过程中，PdOx不仅可促进光生载流子分离，而且可UV辅助分解副产物臭氧，臭氧在Pd-TiO2上分解存在2条途径：TiO2光催化还原与PdOx上的UV辅助分解。. (c) MnOx-TiO2真空紫外光催化分解甲醛与臭氧的性能及机理：甲醛在MnOx-TiO2上的转化率是TiO2上的1.7倍以上，副产物臭氧在MnOx-TiO2上的转化率是TiO2上的2.5倍以上，MnOx-TiO2上臭氧浓度可从~21mg/m3下降到<3.5mg/m3，而TiO2上臭氧浓度只能下降到13~15mg/m3。另外，发现真空紫外光下以MnOx-TiO2为催化剂，甲醛以2种方式分解，即气相中的真空紫外光分解及MnOx表面的臭氧催化氧化，副产物臭氧主要是在MnOx表面热催化分解。对于甲醛的异相氧化，MnOx上臭氧催化氧化的能力强于TiO2的光催化氧化，对于臭氧的分解，MnOx的热催化分解效率远高于TiO2的光催化还原。