基本信息
- 项目名称：
- 竹炭负载Ce掺杂纳米TiO2光催化氧化法降解甲醛装置研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 1.市场急需、惠及全民 美国环保局证实，人类68%的疾病与空气污染有关； 世界卫生组织把室内空气污染列为18类致癌物质之首； 加拿大卫生署证实，室内空气污染超过室外5倍； 世界卫生组织06年报告，全球每年超过200万人死于空气污染导致的各种疾病； 全球污染最严重的20个城市，有16个在中国； 我们研发的产品将：还您一片清新的空间，减少您的疾病，延长您的寿命！ 2.技术先进、功能独特 绿色环保：纳米TiO2光催化剂可在常温常压下将甲醛等有机物降解为水和二氧化碳，不产生二次污染。 效率高：物理吸附与光催化降解相结合，栅式结构的光反应器有效地增加催化剂的光照表面，减少竹炭对紫外光源遮挡作用，提高光催化反应速率。 经济实惠：纳米TiO2光催化剂失活后可通过再生恢复活性，既经济环保，又解决了消费者频繁更换反应器的烦恼。 3.巨量需求，庞大市场 家庭居室、办公室、娱乐场所、宾馆、酒店、酒楼、车内及其它各种有空气污染的场所。因为人们越来越渴望呼吸到洁净空气，按3亿家庭、8000万家企业及楼宇、5600万辆机动车初步计算，潜在需求量不少于100亿台左右。
- 详细介绍：
- 本作品设计了竹炭负载纳米TiO2光催化吸收降解装置，制作了光催化吸收降解装置模型，研究了竹炭负载纳米TiO2所制得的光催化剂(纳米TiO2 /竹炭)对空气中甲醛光催化降解效果,考察了纳米TiO2负载量、光反应器结构对甲醛光催化降解效率的影响,讨论了纳米TiO2 /竹炭对甲醛的吸附性能以及吸附一定量甲醛后对其光催化效果的影响，并介绍了溶胶法制备Ce离子掺杂纳米TiO2的方法和掺杂纳米TiO2在竹炭上的负载方法。结果表明: 掺杂Ce后纳米TiO2后净化效率大大提高，竹炭表面负载纳米TiO2后,对甲醛仍具有很强的吸附能力；吸附甲醛达稳定状态后，甲醛光催化降解效率和新制备催化剂基本相同；多层栅式结构光反应器的催化层厚度为2mm，间隔为20mm时纳米TiO2/竹炭对甲醛的吸收效率最好。经检测，装置对甲醛的净化率为94%。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明的目的：研制一种室内空气净化设备，该设备适用在所有的工业和民用室内以及汽车内部，有效地吸附并降解甲醛等挥发性空气污染物，还室内一片清新，给人们更多健康。 作品设计的基本思路：利用纳米TiO2优越的光催化性能降解空气中的甲醛等有机污染物，利用掺杂金属Ce离子提高光量子效率，同时利用竹炭的吸附性能提高净化能力，采用梯形栅式的光催化层结构，增加催化剂层的光照表面，采用强制通风增加空气与光催化剂的接触机会，制成一种环保、经济、实用的室内空气净化设备。 创新点 ： 1.采用了梯形栅式结构催化剂层，有效的增加了催化剂的光照表面，使甲醛净化效率大大提高； 2.将竹炭的吸附性能与纳米TiO2优越的光催化性相结合，并掺杂Ce离子增大催化效率。 技术关键：Ce掺杂TiO2在竹炭上的负载和梯形栅式结构催化剂层的设计。 主要技术指标：一般光催化反应器中装载的纳米TiO2/竹炭的量为100g，适宜于室内人体积100立方米以下的净化，连续运行4小时后，对甲醛的净化率为94%。
科学性、先进性
- 作品的主要科学性先进性： 1.绿色环保：可在常温常压下将甲醛等有机物降解为水和二氧化碳，不产生二次污染。 2.效率高：栅式结构的光反应器有效地增加催化剂的光照表面，减少竹炭对紫外光源遮挡作用，提高光催化反应速率。 3.经济实惠：纳米TiO2光催化剂失活后可通过再生恢复活性，既经济环保，又解决了消费者频繁更换反应器的烦恼。 以往的研究，纳米TiO2粉体作为光催化剂，但使用后难以回收、容易损耗，没有把纳米TiO2与铈掺杂及竹炭结合起来，净化效率低，催化剂层没有设计成梯形栅式架构，光反应效率低。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年3月18日由湖南省科技厅组织对“竹炭负载Ce掺杂纳米TiO2光催化氧化法降解甲醛装置研究”进行了鉴定，得出如下鉴定意见：该作品采用竹炭负载Ce掺杂纳米TiO2光催化氧化法降解空气中挥发性有机物，立意新颖，原理可行。光催化氧化法降解甲醛装置采用了梯形栅式结构催化剂层，有效的增加了催化剂的光照表面，使甲醛净化效率高达94%。 该作品的主要技术先进性有：1.绿色环保 2.效率高 3.经济实惠。综上，竹炭负载Ce掺杂纳米TiO2光催化氧化法降解甲醛装置整体研究水平为国内领先。 鉴定组长：湖南大学环境工程学院曾光明院长/教授 副组长：中南大学化学化工学院黄可龙院长/教授
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 一次性转让
作品可展示的形式
- 模型、现场演示、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 说明及该作品的技术特点和优势： 1.绿色环保：纳米TiO2光催化剂可在常温常压下将甲醛等有机物降解为水和二氧化碳，不产生二次污染。 2.效率高：物理吸附与光催化降解相结合，栅式结构的光反应器有效地增加催化剂的光照表面，减少竹炭对紫外光源遮挡作用，提高光催化反应速率。 3.经济实惠：纳米TiO2光催化剂失活后可通过再生恢复活性，既经济环保，又解决了消费者频繁更换反应器的烦恼。 适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析： 该反应装置适合于家庭居室、办公室、娱乐场所、宾馆、酒店、酒楼、车内及其它各种有空气污染的场所。随着室内空气污染对人类健康的危害逐渐被人们所认识，人们越来越渴望呼吸到洁净空气，按3亿家庭、8000万家企业及楼宇、5600万辆机动车初步计算，潜在需求量不少于100亿台左右。 经济效益预测：按年产10万台空气净化设备计算，销售价位280元/台，年产值2800万元，利税900万元。
同类课题研究水平概述
- 目前针对室内空气污染物的处理途径主要有：活性炭吸附；添加了光催化剂的涂料；光催化净化器。当前国内市场的空气净化器来自国外或台湾，一般采用活性炭吸附，价格昂贵，而且只有在如轿车内这样的小环境中才具有较好的效果。光催化涂料由于其中的光催化剂会导致粘接剂分解引起脱色，因此尚未进入真正的实用阶段。 1972年Fujishima关于水在二氧化钛电极上光催化分解为氢和氧的发现，标志着多相光催化时代的开始。半导体催化剂在太阳能存储与利用，光催化转换及有机物污染环境处理等方面，有着诱人的前景，其中TiO2因其具有光学稳定性和高效性而倍受人们青睐。TiO2作为光催化剂具有高活性、安全、廉价、无污染等优点，是最有开发前途的绿色环保催化剂之一，然而目前大多数研究局限于TiO2粉末分散悬浮体系。由于悬浮体系存在难以分离和回收，容易中毒和凝聚的缺点，限制了其发展。利用溶胶-凝胶技术将TiO2固定在具有吸附功能的载体上，可达到环保节能的要求。到目前为止，国内外对室内甲醛气体光催化降解研究停留在光催化剂制备条件影响方面，甲醛的吸收降解装置也必须频繁更换，况且降解率只能达到60%左右，对于高效环保的甲醛降解装置研究尚未报道。 我们在他人的研究基础上进行创新，改进装置性能，研究出一种既符合消费者物美价廉的要求，又适应时代潮流，环保节能的装置。消费者注重商品的性价比，装置既要高效又要价格优廉，因此研究一种新的降解材料势在必行。结合各家所长，我们采用竹炭负载Ce掺杂纳米TiO2作催化剂，经过精心设计并进行多次修改，研究出了高效环保的甲醛降解装置。
