节能减排用光子—离子协合催化材料的研究

【摘要】： 为了解决光催化反应量子效率低和太阳能利用率低的问题，同时使材料具有产生空气负离子、活化水等功能，研究制备了光子—离子协合催化材料(简称协合材料)。本文借鉴本实验室的前期工作，采用溶胶—凝胶法制备出稀土掺杂纳米TiO_2溶胶，再与电气石粉体复合，制得了协合催化粉体。以此为基础通过添加含Th元素的稀土溶液或回收利用含Th的稀土废渣制备出协合材料。 利用X射线衍射、扫描电镜、电子自旋共振等手段对协合催化粉体和协合材料进行了表征。结果表明：稀土Ce掺杂纳米TiO_2颗粒较均匀的复合在电气石颗粒表面，电气石颗粒分散较好，没有出现正负极首尾相连的现象；在紫外、可见光、辐射条件下协合材料均有较强的产生自由基和负离子的能力。 本文为了进行内燃机节能减排应用实验，分别采用可燃纤维网造孔成型工艺、模具挤压成型工艺、滚动造粒成型工艺制备了微米多孔陶瓷板、蜂窝陶瓷材料和微孔球粒陶瓷，用于对柴油和空气进行催化活化。经过材料催化活化，柴油的温度升高了0.6℃，密度减小了1.5％，运动粘度减小约12％；通过ESR波谱分析，柴油中的一些分子转化为活性粒子，这些性质的变化利于燃烧和减少NO_x、CO等污染气排放。 本文选择MnO_2作为提高材料远红外辐射能力的的着色添加剂，提出并初步探讨了光子—离子协合催化的作用模型与反应机理。 【关键词】：光子催化 稀土 协合材料 离子 节能 减排
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ426
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-12
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 课题研究内容11-12
• 2 国内外研究概况12-29
• 2.1 光催化技术研究概况12-17
• 2.1.1 光催化材料的基本原理12-13
• 2.1.2 提高光催化活性的方法13-17
• 2.2 离子催化研究概况17-20
• 2.2.1 空气负离子研究概况17-19
• 2.2.2 电气石材料研究概况19-20
• 2.3 协合催化与协合材料20-21
• 2.4 多孔陶瓷研究概况21-29
• 2.4.1 多孔陶瓷材料的制备工艺21-26
• 2.4.2 多孔陶瓷材料的应用26-29
• 3 光子—离子协合催化材料的制备29-50
• 3.1 协合催化粉体的制备29-32
• 3.1.1 制备稀土掺杂纳米TiO_2溶胶29-30
• 3.1.2 复合电气石粉体30
• 3.1.3 制备过程30-32
• 3.2 协合催化粉体的表征32-38
• 3.2.1 X射线衍射(XRD)分析32-33
• 3.2.2 扫描电子显微镜(SEM)分析33-35
• 3.2.3 电子自旋共振(ESR)分析35-38
• 3.3 光子—离子协合催化材料的制备及特性38-43
• 3.3.1 光子—离子协合催化材料的制备38-40
• 3.3.2 光子—离子协合催化材料的特性表征40-43
• 3.4 协合催化多孔陶瓷的制备43-46
• 3.4.1 蜂窝陶瓷的制备44-45
• 3.4.2 微孔球粒状陶瓷的制备45
• 3.4.3 功能添加剂的选择45-46
• 3.5 协合催化的机理讨论46-48
• 3.5.1 O_2与电子变水的反应46
• 3.5.2 H_2O与电子的变气体反应46
• 3.5.3 O_2、H_2O与电子的协合反应46
• 3.5.4 O-2、H_2O的光子—离子协合催化反应46-48
• 3.6 低能辐射的安全性讨论48
• 3.7 小结48-50
• 4 协合材料的节能减排应用试验50-65
• 4.1 协合催化多孔陶瓷对柴油的作用50-56
• 4.1.1 对柴油温度和密度的影响50-53
• 4.1.2 对柴油粘度的影响53-54
• 4.1.3 对柴油产生自由基的影响54-56
• 4.2 柴油机台架试验的节能减排效果56-59
• 4.2.1 试验设备及方案56-57
• 4.2.2 结果与讨论57-59
• 4.3 内燃机车运行试验的节能减排效果59-63
• 4.3.1 试验设备及方案59-61
• 4.3.2 结果与讨论61-63
• 4.4 协合催化的应用前景63-64
• 4.5 小结64-65
• 5 结论65-66
• 参考文献66-70
• 作者简历70-72
• 学位论文数据集72

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