發(fā)布時(shí)間：2017-08-14 05:29

  本文關(guān)鍵詞：基于瀝青路面載體吸附并降解隧道汽車尾氣技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 瀝青路面 汽車尾氣 TiO_2 Fe~(3+)摻雜 活性炭 光催化 降解尾氣

【摘要】：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和隧道建設(shè)水平的不斷提高,大型公路隧道和城市地下通道數(shù)量逐漸增加,由于隧道是半封閉的管狀結(jié)構(gòu),排風(fēng)不暢,車速較低,導(dǎo)致隧道內(nèi)的汽車尾氣濃度明顯高于隧道外,造成嚴(yán)重空氣污染,危害司乘人員健康。目前隧道主要采用通風(fēng)設(shè)備等物理方法來排除、稀釋汽車尾氣,難以達(dá)到化學(xué)方法實(shí)質(zhì)性降解的作用。本文研發(fā)一種用于瀝青路面并適應(yīng)隧道光照環(huán)境條件的復(fù)合光催化劑,賦予瀝青路面吸附并降解汽車尾氣功能,對提高隧道內(nèi)及其出口附近空氣質(zhì)量具有重要意義。首先,本文基于流體動(dòng)力學(xué)理論分析不同行車工況下隧道內(nèi)汽車尾氣濃度分布規(guī)律,重點(diǎn)研究路表附近汽車尾氣濃度梯度分布規(guī)律,為研發(fā)具有光催化功能的瀝青路面提供理論依據(jù)。計(jì)算結(jié)果表明,汽車怠速或行駛工況下,汽車尾氣短時(shí)間內(nèi)貼近路表逐漸向周圍擴(kuò)散,且向隧道兩側(cè)擴(kuò)散尤為明顯,這為以瀝青路面為載體吸附并降解汽車尾氣提供了有利條件。其次,本文采用溶膠-凝膠法制備了Fe~(3+)摻雜納米TiO_2,表征了不同F(xiàn)e~(3+)摻量的光催化劑表觀形貌、表面化學(xué)成分、電子能帶結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能等。結(jié)果發(fā)現(xiàn),Fe~(3+)摻雜降低了TiO_2費(fèi)米能級,減小了光學(xué)能帶間隙,吸收帶邊發(fā)生明顯紅移,對可見光吸收顯著增強(qiáng);同時(shí),Fe~(3+)摻雜導(dǎo)致TiO_2晶格畸變形成陷阱捕獲光生電子,降低了電子-空穴對復(fù)合率,加快了空穴與電子的界面?zhèn)鬟f反應(yīng),提高了TiO_2光催化性能;并采用本文研發(fā)的汽車尾氣凈化測試系統(tǒng)研究了不同F(xiàn)e~(3+)摻量的TiO_2對尾氣的降解效果,確定合適的Fe~(3+)摻量。然后,以具有強(qiáng)吸附性的椰殼活性炭顆粒作為吸附載體,基于溶膠-凝膠法負(fù)載納米TiO_2,制備AC/TiO_2復(fù)合光催化劑。采用掃描電鏡、能譜分析儀、BET比表面積與孔徑分布儀等研究了不同負(fù)載次數(shù)的復(fù)合光催化劑的表觀形貌、活性炭孔隙分布及吸附性能等。結(jié)果表明,活性炭表面官能團(tuán)和獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)提高了納米TiO_2表面污染物濃度,充分發(fā)揮活性炭吸附性能和納米TiO_2光催化性能的協(xié)同效應(yīng),提高了光催化降解效率,使活性炭孔隙可原位再生;通過尾氣降解試驗(yàn)并結(jié)合表征分析結(jié)果確定了活性炭負(fù)載納米TiO_2合適次數(shù)和負(fù)載率。最后,把AC/TiO_2復(fù)合光催化劑作為細(xì)集料添加到OGFC瀝青混合料中制備摻入式光催化型瀝青路面試件進(jìn)行尾氣降解和各項(xiàng)路用性能試驗(yàn)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),光催化降解效率隨著復(fù)合光催化劑摻量的增加而提高,不同摻量的復(fù)合光催化劑對瀝青混合料路用性能影響很小;作為對比研究,把不同摻量的納米TiO_2添加到水泥砂漿中,灌注OGFC瀝青混合料試件孔隙中,制備光催化型半柔性路面試件。研究發(fā)現(xiàn),水泥砂漿負(fù)載TiO_2提高了半柔性路面的光催化效能和路用性能,光催化劑在半柔性路面中應(yīng)用具有較好的可行性。本文研究為基于隧道路面載體吸附并降解汽車尾氣,凈化隧道交通環(huán)境,減少汽車尾氣對司乘人員健康危害提供了新思路和理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：瀝青路面 汽車尾氣 TiO_2 Fe~(3+)摻雜 活性炭 光催化 降解尾氣
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U416.217;X734.2
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 隧道尾氣凈化技術(shù)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 隧道污染濃度監(jiān)測與分布規(guī)律研究12-13
• 1.2.3 納米TiO_2光催化活性研究13-14
• 1.2.4 納米TiO_2光催化劑制備與改性研究14-15
• 1.2.5 納米TiO_2光催化劑負(fù)載方法研究15-16
• 1.2.6 基于瀝青路面降解汽車尾氣研究16-19
• 1.3 目前存在的問題19
• 1.4 本文主要內(nèi)容及技術(shù)路線19-23
• 1.4.1 本文主要內(nèi)容19-20
• 1.4.2 研究方案與技術(shù)路線20-23
• 第二章 隧道內(nèi)汽車尾氣濃度分布規(guī)律研究23-36
• 2.1 機(jī)動(dòng)車排放污染物危害性23
• 2.2 流體力學(xué)基本方程23-24
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程23
• 2.2.2 動(dòng)量守恒方程23-24
• 2.2.3 能量守恒方程24
• 2.3 流體運(yùn)動(dòng)分類24-26
• 2.4 隧道尾氣擴(kuò)散模型構(gòu)建及求解過程26-28
• 2.4.1 隧道尾氣擴(kuò)散模型構(gòu)建26
• 2.4.2 數(shù)值模擬方法及求解過程26-27
• 2.4.3 初始與邊界條件27-28
• 2.5 模型離散化及求解方法28-30
• 2.6 計(jì)算結(jié)果分析30-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第三章 鐵摻雜納米TiO_2制備與性能表征36-69
• 3.1 納米TiO_2光催化原理36-37
• 3.2 納米TiO_2制備37-41
• 3.2.1 溶膠-凝膠法簡介37
• 3.2.2 溶膠-凝膠法制備納米TiO_2主要影響因素37-38
• 3.2.3 溶膠-凝膠法制備納米TiO_238-41
• 3.3 Fe離子摻雜納米TiO_2的制備41-43
• 3.3.1 納米TiO_2光催化性能影響因素41-42
• 3.3.2 Fe離子摻雜制備納米TiO_242-43
• 3.4 納米TiO_2粒子的表征方法43-44
• 3.4.1 X射線衍射43
• 3.4.2 透射電子顯微鏡43
• 3.4.3 紫外-可見分光光度計(jì)43
• 3.4.4 X射線光電子能譜43-44
• 3.5 納米TiO_2微觀結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能研究44-53
• 3.5.1 X射線衍射分析44-45
• 3.5.2 透射電鏡分析45-48
• 3.5.3 紫外-可見分光漫反射分析48-50
• 3.5.4 X-射線光電子能譜分析50-53
• 3.6 納米TiO_2對尾氣光催化性能試驗(yàn)研究53-57
• 3.6.1 納米TiO_2對尾氣光催化試驗(yàn)系統(tǒng)研發(fā)53-55
• 3.6.2 納米TiO_2對尾氣光催化試驗(yàn)方法55-57
• 3.7 納米TiO_2對尾氣光催化試驗(yàn)結(jié)果與分析57-67
• 3.7.1 納米TiO_2對HC的降解效果分析57-60
• 3.7.2 納米TiO_2對CO的降解效果分析60-62
• 3.7.3 納米TiO_2對CO_2的降解效果分析62-64
• 3.7.4 納米TiO_2對NO_x的降解效果分析64-67
• 3.8 本章小結(jié)67-69
• 第四章 活性炭基納米TiO_2復(fù)合光催化劑制備與性能表征69-86
• 4.1 活性炭孔結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分組成69-70
• 4.1.1 活性炭孔徑分布69-70
• 4.1.2 比表面積70
• 4.1.3 活性炭的化學(xué)成分70
• 4.2 AC/TiO_2復(fù)合光催化劑制備70-73
• 4.2.1 AC/TiO_2協(xié)同增強(qiáng)催化作用機(jī)制分析70-71
• 4.2.2 吸附劑負(fù)載納米TiO_2方法71
• 4.2.3 溶膠-凝膠法制備負(fù)載型納米TiO_271-73
• 4.3 AC/TiO_2復(fù)合光催化劑性能試驗(yàn)方法73
• 4.3.1 BET比表面積及孔徑分布儀73
• 4.3.2 場發(fā)射掃描電鏡73
• 4.3.3 X射線能譜儀73
• 4.4 AC/TiO_2復(fù)合光催化劑性能試驗(yàn)結(jié)果與分析73-78
• 4.4.1 AC/TiO_2比表面積及孔徑分布73-75
• 4.4.2 TiO_2負(fù)載量測定75
• 4.4.3 AC/TiO_2復(fù)合體系微觀吸附和化學(xué)成分研究75-78
• 4.5 AC /TiO_2復(fù)合催化劑凈化尾氣試驗(yàn)研究78-85
• 4.5.1 AC/TiO_2對HC降解效果與凈化效率78-80
• 4.5.2 AC/TiO_2對CO降解效果與凈化效率80-82
• 4.5.3 AC/TiO_2對CO_2降解效果與凈化效率82-83
• 4.5.4 AC/TiO_2對NO_x降解效果與凈化效率83-85
• 4.6 本章小結(jié)85-86
• 第五章 光催化型隧道瀝青路面吸附并降解尾氣試驗(yàn)研究86-110
• 5.1 原材料性能86-91
• 5.1.1 集料86-87
• 5.1.2 礦粉87
• 5.1.3 瀝青87-88
• 5.1.4 OGFC瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)88-91
• 5.2 光催化型OGFC性能試驗(yàn)研究91-99
• 5.2.1 光催化型OGFC試件制備91-92
• 5.2.2 路用性能試驗(yàn)研究92-93
• 5.2.3 光催化型OGFC凈化尾氣試驗(yàn)研究93-99
• 5.3 光催化型半柔性路面性能試驗(yàn)研究99-108
• 5.3.1 水泥砂漿原料及配比99-100
• 5.3.2 光催化型水泥砂漿制備100-101
• 5.3.3 光催化型半柔性路面試件制備101-102
• 5.3.4 光催化型半柔性路面凈化尾氣試驗(yàn)研究102-106
• 5.3.5 光催化型半柔性路面路用性能研究106-108
• 5.4 本章小結(jié)108-110
• 第六章 結(jié)論與展望110-112
• 6.1 主要研究結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)110-111
• 6.1.1 主要研究結(jié)論110-111
• 6.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)111
• 6.2 研究展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-117
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果117-118

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：671040