【摘要】：日益增加的機(jī)動(dòng)車保有量使得尾氣污染成為不容忽視的環(huán)境問題,而二氧化鈦的光催化半導(dǎo)體特性使得其與路面材料結(jié)合降解汽車尾氣成為可能。目前已有的研究大多數(shù)使用二氧化鈦負(fù)載于路面材料,而二氧化鈦的光響應(yīng)范圍是制約其光催化性能的重要因素。因此,針對二氧化鈦光響應(yīng)范圍進(jìn)行改性有其研究價(jià)值,將改性二氧化鈦應(yīng)用于路面也是一種新的嘗試。本文從計(jì)算模擬、制備表征到路面降解性能測試三個(gè)方面對氮摻雜改性二氧化鈦進(jìn)行了研究。首先,利用CASTEP對置換式和間隙式的氮摻雜改性二氧化鈦進(jìn)行能帶結(jié)構(gòu)和能態(tài)密度計(jì)算,通過能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算比較氮摻雜前后禁帶寬度的變化;通過能態(tài)密度計(jì)算比較氮摻雜前后各原子電子軌道對能態(tài)密度的影響,探究禁帶寬度變化的機(jī)制;從理論上研究氮摻雜對二氧化鈦光催化性能的影響。其次,總結(jié)現(xiàn)有氮摻雜二氧化鈦的制備方式優(yōu)選出適合本文的方法,制備出普通銳鈦礦型二氧化鈦并結(jié)合CASTEP計(jì)算中的氮摻雜率制備改性二氧化鈦;對制備出的樣品進(jìn)行XRD、FT-IR、XPS、TEM及UV-Vis DRS表征,確定樣品的晶型、晶粒的粒徑和氮摻雜的形式,并與CASTEP的計(jì)算模型進(jìn)行對照。再次,總結(jié)已有光催化尾氣降解路面的實(shí)驗(yàn)裝置利弊,開發(fā)出適合本文的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置并對該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行尾氣濃度標(biāo)定以消除系統(tǒng)誤差。最后將二氧化鈦及氮摻雜改性二氧化鈦負(fù)載于路面進(jìn)行光催化尾氣降解實(shí)驗(yàn),通過對比相同設(shè)計(jì)參數(shù)下的二氧化鈦及氮摻雜改性二氧化鈦的光催化效果驗(yàn)證改性效果;通過對比不同設(shè)計(jì)參數(shù)下的改性二氧化鈦的光催化尾氣降解效果確定最佳設(shè)計(jì)參數(shù);對最佳設(shè)計(jì)參數(shù)下的不同級配路面進(jìn)行實(shí)驗(yàn),比較其光催化效果并對施工后的不同級配路面進(jìn)行施工質(zhì)量驗(yàn)收,從而驗(yàn)證不同級配路面對最佳設(shè)計(jì)參數(shù)下的添加工藝的適應(yīng)性。綜上所述,針對二氧化鈦光催化尾氣降解路面材料的改性研究,本文通過第一性原理預(yù)測了氮摻雜改性二氧化鈦的各項(xiàng)性質(zhì),并以該模型為指導(dǎo)制備和表征了二氧化鈦及其氮摻雜態(tài);使用改進(jìn)的光催化尾氣降解系統(tǒng)結(jié)合霧封層施工技術(shù)獲得了改性光催化尾氣降解路面最佳參數(shù),同時(shí)對不同級配路面的適應(yīng)性進(jìn)行對比,并結(jié)合規(guī)范對霧封層進(jìn)行施工質(zhì)量驗(yàn)收以獲得本實(shí)驗(yàn)下改性二氧化鈦光催化尾氣降解路面的應(yīng)用范圍。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U414
【圖文】：

1 研究背景及意義.1 研究背景自19 世紀(jì)末德國人卡爾 本茨為其研制的第一輛三輪汽車申請專利以來，汽車制造速發(fā)展，汽車已經(jīng)逐漸從奢侈品轉(zhuǎn)變成為家用代步工具。根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保2017 年6 月3 日發(fā)布的《中國機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)（2017）》，截至2016 年我國已經(jīng)八年機(jī)動(dòng)車產(chǎn)量銷量同時(shí)世界排名第一，機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到2.95 億輛，其中新能源汽有量持續(xù)增加達(dá)到101.4 萬輛。2011 年至2016 年全國機(jī)動(dòng)車保有量由20754.6 萬輛增27560.8 萬輛（不含掛車與拖拉機(jī)），平均每年增長5.8%。按照機(jī)動(dòng)車使用的燃料對機(jī)進(jìn)行分類，汽油車占絕大部分，其比例為88.5%，柴油車占10.2%，燃?xì)廛囌?.2%[1]巨大的機(jī)動(dòng)車保有量在帶來了國民經(jīng)濟(jì)的繁榮和便捷出行的同時(shí)，也帶來了巨大的尾染，城市交通擁堵的常態(tài)化更加加劇了尾氣污染的危害，城市內(nèi)部道路錯(cuò)綜復(fù)雜，高立且擁堵嚴(yán)重，使得尾氣濃度較大且難以被吹散稀釋。機(jī)動(dòng)車的尾氣排放已成為我國污染的重要來源，也是造成酸雨、細(xì)顆粒物（霧霾）、光化學(xué)煙霧污染和溫室效應(yīng)的重因。機(jī)動(dòng)車造成的尾氣污染與城市霧霾如圖 1-1 所示：

2圖 1-2 新能源車型—特斯拉 Model S污染物生成后離開發(fā)動(dòng)機(jī)的短暫時(shí)間內(nèi)，利用理，隨后排入大氣環(huán)境[6]。二十世紀(jì)七十年代設(shè)備，主要利用Pt 和Pd 的顆粒狀氧化物作為為二氧化碳和水，這種可以同時(shí)催化凈化兩種

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曹文斌;許軍娜;劉文秀;孫們;張欣;;可見光活性氮摻雜納米二氧化鈦研究進(jìn)展[J];材料工程;2015年03期

2 于洋洋;于美燕;張s

本文編號：2733776