《室內空氣光催化降解安全性研究》是依託浙江大學，由趙偉榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：室內空氣光催化降解安全性研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：趙偉榮
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對光催化研究及套用中存在的中間產物毒性及降解反應安全風險問題，選擇有代表性的光催化劑，採用現代材料物理和化學表征手段，研究催化劑的表面形態、光生電子壽命和密度、表面活性基團、活性位、態密度、表面酸性、光生電子空穴對的遷移及分布規律等。結合PTR-MS、TPD-MS和FT-IR所獲得氣相的、吸附可揮發的、吸附不可揮發的中間產物，探明中間產物在催化劑表面的吸附-脫附及競爭吸附過程；揭示催化劑本徵特徵(能帶結構及位置、電子-空穴濃度和催化劑表面特性等)、濕度和光源與中間產物的分布規律；選用高精度理論水平和合適的基組，在Gaussian程式上，對所研究的體系進行系統的計算，從電子轉移層面探明中間產物的生成機理；運用健康風險指數，探明光催化過程的毒理學特性，獲得光催化劑本徵特徵、濕度和光源對光催化降解安全性的影響及規律，為光催化劑及組件的研發和反應條件的最佳化提供理論支撐。
結題摘要
人大部分時間是在室內度過的，室內空氣中普遍存在的如苯系物(如苯和甲苯)、烴類(正己烷)等揮發性有機化合物(VOCs)嚴重危害人體健康。近年來，我國還迎來了霧霾天氣的集中和持續大爆發現象，大氣污染問題日益嚴峻。人們在大氣污染嚴重時經常被建議呆在室內，因此室內空氣品質顯得格外重要。光催化氧化技術(PCO)因操作簡單、反應溫和等特點在室內空氣淨化領域得到了廣泛關注。但PCO並不能如理論所述將室內VOCs完全礦化成CO2和H2O，甚至會產生毒性比前驅體更強的中間產物，因此人們對光催化降解室內VOCs的安全性產生了疑慮。在光催化降解ppbV級室內甲苯過程中，本項目也檢測到了13種氣相中間產物，7種吸附可揮發性和吸附不可揮發的中間產物。進一步分析後發現甲醛、乙醛和丙酮等易揮發性VOCs易在氣相中累積，是影響健康風險的主要因素。苯、甲酸易吸附在光催化劑表面，占據活性位，使催化劑中毒，但可通過VUV光照實現光催化劑的再生。基於此，本項目通過建立健康風險指數(η)模型評價光催化降解的安全性，並發現光催化劑、相對濕度(RH)和光源等條件可調控η值。當以N-TiO2為光催化劑，VUV為光源，調節RH至45%時，η可降至0.96，表明光催化降解過程可控制在安全範圍內。通過比表面積分析儀、電子順磁共振、態密度泛函理論、交流阻抗等手段分析光催化劑的比表面積、光生電子壽命和密度、表面活性基團、態密度(DOS)及光生電子空穴對的遷移及分布規律，項目發現一方面，提高光催化劑的比表面積，可提高光催化劑吸附能力，增加光催化反應活性位點；另一方面，光生電子空穴對的有效分離，可促進•OH等活性自由基的產生，實現室內VOCs的高效礦化。因此，本項目採用摻雜、貴金屬負載、異質結複合、構建Z體系等手段開發了Cu-TiO2、Pt/SnO2/TiO2、CuO/BiVO4、BiVO4/RGO/Bi2O3等多種新型綠色光催化劑，並結合多種表征手段探明光催化劑的本徵特徵，闡明光催化劑本徵特徵與光催化降解率、礦化率之間的關係。本項目開發了多種新型綠色光催化劑，在關注室內VOCs降解率的同時，更從健康風險角度對中間產物的產生和影響機制進行了有力探索，通過最佳化光催化劑、RH和光源實現了健康風險指數的調控，為光催化劑及組件的研發和光催化淨化室內空氣的實際套用提供了支撐。
