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地球环境研究所在通过路面负载纳米复合光催化薄膜实现环境空气净化方面取得研究进展
2020-07-09| 编辑: | 【 】【打印】【关闭

  

  近年来,我国大气污染防治成效显著,切实改善空气质量,打赢“蓝天保卫战”,是关乎我国生态文明建设的关键。氮氧化物(NOx)是灰霾和臭氧生成的关键前体物之一,主要来源于机动车尾气排放等人类活动。纳米光催化技术是去除环境大气中NOx的理想选择。但是,对于光催化技术在半封闭/开放空间中的应用,尚需解决催化剂宏量制备、牢固涂覆、环境因素干扰等难题。

  针对上述难题,中国科学院地球环境研究所黄宇研究员团队通过低温水解法,成功实现了g-C3N4/TiO2纳米光催化溶胶的宏量制备。该技术避免了粉体催化剂的固载问题,通过喷涂即可得到附着力超强(0级)的薄膜材料。随后,该团队通过在两条平行路面上,对比喷涂上述光催化溶胶,系统研究了g-C3N4/TiO2薄膜的NOx净化效能,考察了环境因素(太阳辐照、车流量、风速风向等)的影响。外场观测结果显示,涂覆后的路面局域NOx浓度平均降低27.8%,且在太阳辐照度低(< 5000 W/m2)、车流量大(> 70/10 min)的时间段(7:0010:0017:0019:00)内NOx的平均去除率达35.7%。由此表明,薄膜材料的太阳光利用率高,车流量是影响其性能的主要因素。加速环境模拟老化实验及光照前后薄膜的接触角参数表明,光致亲水性使得薄膜材料具有自清洁能力,有助于其再生。上述成果为光催化技术在实际应用中的材料选择、效能测试、影响因素评估提供了参考,发表于国际期刊Solar RRLIF:7.5, DOI:10.1002/solr.202000170)。

  此外,基于上述薄膜材料制备工艺,研究团队通过Ti3+自掺杂、CQDs改性、Mn系常温/光催化协同等手段,开发了一系列兼具气态污染物(NOxVOCs等)净化能力和灭菌消毒作用的高效TiO2基复合催化薄膜材料,并已实现薄膜材料年量产千吨级。经第三方机构检测,团队所研发的薄膜材料对甲型流感病毒(H3N2)和大肠埃希氏菌的杀灭效率可达99.54%99.97%。部分材料已在大型太阳能城市空气清洁综合系统(HSALSCS)西安国家示范工程项目以及空气净化路灯中规模应用,可用于学校、医院、商场等公共区域的空气净化及病菌消杀。

  上述工作得到了国家重点研发计划纳米专项,国家自然科学基金,中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202000170

   

  1. g-C3N4/TiO2薄膜光催化去除NOx的示意图(源自Solar RRLDOI:10.1002/solr.202000170)。

   

  


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