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一种用于测试纳米 TiO2 材料光催化降解汽车 尾气性能的方法

作者:admin    来源:金鼎工业资源网       更新时间:2019/7/28 星期日

 


(21)申请号 201610051195.1
(22)申请日 2016.01.25
(71)申请人 中南大学
地址 410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路
932 号
(72)发明人 匡亚川 张召环 杨涛 李超举 汪亚
(74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所
43114
代理人 颜勇

(51)Int.Cl.
G01N 33/00(2006.01)


(54) 发明名称
一种用于测试纳米 TiO2 材料光催化降解汽车 尾气性能的方法
(57) 摘要
本发明公开了一种用于测试纳米 TiO2材料光 催化降解汽车尾气性能的方法,首先将纳米 TiO2、 基体材料、分散剂与水以一定比例混合、搅拌,然 后,将搅拌均匀的浆体涂抹在面板表面或直接浇 筑成面板 ;然后将面板置于汽车尾气含量较高的 环境中,并保证太阳光对面板的照射 ;记录纳米 TiO2浆体面板置于汽车尾气环境的时间和天气情 况,一定时间后通过喷洗面板表面并收集喷洗液, 通过化学方法,检测*根离子的含量,并最终根 据喷洗液中*根离子的含量,计算单位时间、面 积的纳米 TiO2浆体面板对汽车尾气的降解效率。 本发明测试结果更贴近实际,可信度高,试验过程 简单、方便,成本低廉,相关检测结果可以为纳米 TiO2浆体在降解汽车尾气中的大规模应用提供数 据依据。

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1 .一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法,其特征在于:包括如下 步骤:
第一步、将纳米TiO2、基体材料、分散剂与水以一定比例混合、搅拌,然后,将搅拌均匀的 浆体涂抹在面板表面或直接浇筑成面板;
第二步、将纳米TiO2浆体面板进行养护,然后,将所述面板置于高速公路或城市道路路 旁,或高速公路收费站等汽车尾气含量较高的环境中,并保证太阳光对试验面板的照射;
第三步、记录纳米TiO2浆体面板置于汽车尾气环境的时间和天气情况,定期将纳米TiO2 浆体面板取回试验室,用定量的蒸馏水或自来水进行喷洗,收集喷洗液,通过化学方法,检 测目标离子的含量;
第四步、根据喷洗液中目标根离子的含量计算纳米TiO2浆体面板对汽车尾气的降解量, 除以面板置放在汽车尾气环境的时间和面板的面积,得到单位时间、面积的纳米TiO2浆体 面板对汽车尾气的降解效率。
2 .根据权利要求1所述的一种用于测试纳米TiO2光催化材料降解汽车尾气性能的方法, 所述第一步中 ,首先,将占基体材料质量8%~15%的纳米TiO2、占基体材料质量0 .24%~
0 .48%的分散剂、占基体材料质量50%的自来水或者蒸馏水混合;然后,先使用高速分散匀 质机对混合溶液高速剪切搅拌分散20~40min,再使用超声波清洗器对混合溶液超声分散 30min~60min;最后,在分散均匀的混合溶液中加入基体材料,使用搅拌机对混合溶液和基 体材料搅拌 ,将搅拌均匀的浆体涂抹在面板表面或直接浇筑面板。
3 .根据权利要求1所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法, 所述第一步中的基体材料为可负载纳米TiO2的水泥、沥青或砂浆,所述纳米TiO2材料也可以 直接喷洒在面板上、或将纳米TiO2材料的溶液涂抹在面板上或将纳米TiO2材料、基体材料、 分散剂与水搅拌后的浆体涂抹在面板表面。
4 .根据权利要求1所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法, 所述第二步中应对现场面板做防水保护,以防止面板表面的纳米TiO2光催化降解汽车尾气 所生成的产物被雨水冲洗掉。
5 .根据权利要求1所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法, 所述第三步中 ,将蒸馏水或自来水作为喷洗用水,并以喷雾的形式对面板表面的光催化反 应物进行全面均匀的喷洗。
6 .根据权利要求1所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法, 所述喷洗用水在进行第三步喷洗之前,需采用空白对照试验对蒸馏水或自来水中的目标离 子进行标定,以准确确定喷洗用水内目标离子的含量。
7 .根据权利要求1所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法, 所述第三步中 ,将所述试验面板整体倾斜放置在一引流槽中进行喷洗,所述引流槽倾斜设 置,在引流槽的低端放置量筒用于收集喷洗液。
8 .根据权利要求1所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法, 所述第三步中采用定量的喷洗用水对面板表面进行喷洗,所述喷洗用水的量通过前期预备 试验确定。
9 .根据权利要求8所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法, 所述前期预备试验包括以下两部分:

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第一部分、分别使用等体积差的喷洗用水对面板进行喷洗作业,对每次喷洗后喷洗液 中的目标离子含量进行化学测定,确定基于目标离子浓度或含量最大的最优喷洗用水量的 基本范围;
第二部分、在基本喷洗用水量范围内继续进行第一部分的喷洗作业,最后在喷洗用水 量的基本范围内精确确定喷洗面板最佳用水量量。
10 .根据权利要求1-9中任一项所述的一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气 性能的方法,所述目标离子为*根离子。


一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法

技术领域
[0001] 本发明属于汽车尾气治理技术领域,具体涉及一种用于测试纳米TiO2材料光催化 降解汽车尾气性能的方法。

背景技术
[0002] 纳米TiO2材料是一种优异的光催化材料 ,可以在紫外线的照射下将汽车尾气中 CO、HC及NOx等有害物质催化氧化,生成CO2、H2O、*等无害物质,实现空气的净化,而其自 身在催化降解过程中并不发生本质上的变化,并且可以重复使用。因其高效、环保等优良性 能,纳米TiO2材料成为当今材料科学领域研究的热点,众多专家学者基于各自的研究目的 , 采用各种评价方式对其光催化性能进行了定量的衡量和评价,尽管评价结果均证明了其优 异的光催化分解性能,但是目前的评价的方式仍存在不少缺陷和不足。
[0003]   对于如何衡量现场条件下纳米TiO2材料的光催化性能,现有的检测方法分两种:
[0004] 一、采用一氧化氮、二氧化氮等气体检测设备,置于室外条件下的试验现场实时监 测相关气体浓度在施加纳米TiO2材料前后的浓度变化,以此反映其光催化降解性能。如东 南大学的李丽等人将纳米二氧化钛浆液喷洒在南京长江三桥桥北收费站广场的混凝土路 面铺制现场,待三桥通车后,采用仪器对现场路面的一氧化氮、二氧化氮等浓度进行了测 量,依据国标JISK0104-2000标准对该段光催化功能性混凝土路光催化降解汽车尾气中氮 氧化物的效果进行评价。结果表明纳米二氧化钛与路面材料复合的方法能够明显降低路面 上汽车排放的氮氧化物的污染。东北林业大学的关强等人采用类似的方法,对TiO2材料的 光催化降解汽车尾气的性能进行了评价。
[0005] 二、在纳米TiO2光催化材料施工同时 ,现场制作纳米TiO2光催化材料试件,待试件 养护完成,将试件置于特制汽车尾气反应装置内进行光催化降解试验,通过室内试验的结 果间接反应现场条件下纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气的性能。如,同济大学的徐海铭 等人将纳米TiO2材料应用于上海浦东中环线的沥青路上 ,通过对现场制作试件的室内试 验,评价了纳米TiO2光催化沥青路面对汽车尾气的的降解效果。在比利时,将纳米TiO2材料 制作成路面砖 ,并 用纳米TiO2 光催化路面砖在Antwerp市公园里修筑了一条面积约为 10000m2的步行道。对纳米TiO2光催化路面砖的进行了室内试验,试结果表明纳米TiO2光催 化路面砖具有良好的降低汽车尾气的性能,纳米TiO2光催化路面砖服役两年后对汽车尾气 的降解效率并没有减弱。
[0006] 但是以上两种方法都存在不同程度的缺陷 :对第一种方法,现场环境下各种汽车 尾气气体的浓度会受到诸如风速,风向 ,温度,湿度等等气候条件的影响,仪器检测数据漂 移较大,代表性不高,难以准确说明将纳米TiO2材料的实际光催化降解性能。而且相关检测 仪器价格昂贵,操作规范相对复杂,因而性价比不高。对第二种方法,尽管室内试验结果可 以表明纳米TiO2材料能够有效降解汽车尾气中的有害成分,但是相比较现场环境,室内试 验环境多为人为设定的最适宜的汽车尾气降解反应条件,室内试验所测得的纳米TiO2材料 对汽车尾气的降解效率不能准确反应在现场条件下纳米TiO2材料对汽车尾气的降解效率,

亦不能够准确反应随时间推移现场纳米TiO2材料对汽车尾气降解效率的变化值。

发明内容
[0007] 本发明解决的技术问题是:针对现有纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气测试方法 存在的缺陷 ,提供一种能够准确评价纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气效率的新方法,彻 底解决在使用各种气体检测装置进行现场检测时 ,各气体浓度受自然环境影响较大,检测 程序复杂,数据不稳,难以准确说明纳米TiO2材料对汽车尾气的实际降解效率的现象 ;另一 方面本方法很好的解决了在室内条件下 ,由于试验装置内人为设定的试验环境同现场条件 下的具体环境有较大差别,试验结果难以准确说明纳米TiO2材料对汽车尾气实际降解效率 的缺陷 ,并且本方法能够定量的评价随时间推移,纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气的变 化值。
[0008]  本发明采用如下技术方案实现:
[0009]   一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法,包括如下步骤:
[0010] 第一步、将纳米TiO2、基体材料、分散剂与水以一定比 例混合、搅拌,然后,将搅拌 均匀的浆体涂抹在面板表面或直接浇筑成面板;
[0011] 第二步、将纳米TiO2浆体面板进行养护,然后,将面板置于高速公路或城市道路路 旁,或高速公路收费站等汽车尾气含量较高的环境中,并保证太阳光对试验面板的照射; [0012] 第三步、记录纳米TiO2浆体面板置于汽车尾气环境的时间和天气情况,定期将纳 米TiO2浆体面板取回试验室,用定量的蒸馏水或自来水进行喷洗,收集喷洗液,通过化学方 法,检测目标离子的含量;
[0013] 第四步、根据喷洗液中目标根离子的含量计算纳米TiO2浆体面板对汽车尾气的降 解量,除以面板置放在汽车尾气环境的时间和面板的面积,得到单位时间、面积的纳米TiO2 浆体面板对汽车尾气的降解效率。
[0014] 进一步的 ,所述第一步中,首先,将占基体材料质量8%~15%的纳米TiO2、占基体 材料质量0 .24%~0 .48%的分散剂、占基体材料质量50%的自来水或者蒸馏水混合;然后, 先使用高速分散匀质机对混合溶液高速剪切搅拌分散20~40min,再使用超声波清洗器对 混合溶液超声分散30min~60min;最后,在分散均匀的混合溶液中加入基体材料,使用搅拌 机对混合溶液和基体材料搅拌 ,将搅拌均匀的浆体涂抹在面板表面或直接浇筑面板。
[0015]   进一步的 ,所述第一步中的基体材料为可负载纳米TiO2的水泥、沥青或砂浆,所述 纳米TiO2材料也可以直接喷洒在面板上、或将纳米TiO2材料的溶液涂抹在面板上或将纳米 TiO2材料、基体材料、分散剂与水搅拌后的浆体涂抹在面板表面。
[0016] 进一步的 ,所述第二步中应对现场面板做防水保护,以防止面板表面纳米TiO2材 料光催化降解汽车尾气所生成的产物被雨水冲洗掉。
[0017] 进一步的 ,所述第三步中,将蒸馏水或自来水作为喷洗用水,并以喷雾的形式对面 板表面的光催化反应物进行全面均匀的喷洗。
[0018] 进一步的 ,所述喷洗用水在进行第三步喷洗之前,需采用空白对照试验对蒸馏水 或自来水中的目标离子进行标定,以准确确定喷洗用水内目标离子的含量。
[0019] 进一步的 ,所述第三步中,将所述试验面板整体倾斜放置在一引流槽中进行喷洗, 所述引流槽倾斜设置,在引流槽的低端放置量筒用于收集喷洗液。

[0020] 进一步的 ,所述第三步中采用定量的喷洗用水对面板表面进行喷洗,所述喷洗用 水的量通过前期预备试验确定。
[0021] 进一步的,所述前期预备试验包括以下两部分:
[0022] 第一部分、分别使用等体积差的喷洗用水对面板进行冲洗作业,对每次喷洗后喷 洗液中目标离子的含量进行化学测定,确定基于目标离子浓度或含量最大的最优喷洗用水 量的基本范围;
[0023] 第二部分、在基本喷洗用水量范围内继续进行第一部分的喷洗作业,最后在喷洗 用水量的基本范围内精确确定喷洗面板最佳用水量。
[0024] 在本发明中,所述目标离子为*根离子。
[0025] 本发明根据具体试验目的 ,在现场或者实验室条件下制作大小合适并掺有一定量 纳米TiO2材料的面板,将面板置于高速公路或城市道路路旁,或高速公路收费站等汽车尾 气含量较高的环境中 ,固定好面板,并保证太阳光对试验面板的照射。,记录纳米TiO2浆体 面板置于汽车尾气环境的时间和天气情况,一定时间后将纳米TiO2浆体面板取回试验室, 用定量的蒸馏水或自来水进行喷洗,收集喷洗液,通过化学方法,检测*根离子的含量; 第四步、根据喷洗液中*根离子的含量,推算纳米TiO2浆体面板对汽车尾气的降解量,除 以面板置放在汽车尾气环境的时间和面板的面积,得到单位时间、面积的纳米TiO2浆体面 板对汽车尾气的降解效率。
[0026] 本发明的测试结果更贴近实际 ,可信度高,试验过程简单、方便,成本低廉,相关检 测结果可以为纳米TiO2浆体在降解汽车尾气中的大规模应用提供数据依据。
[0027] 由上所述,本发明具有如下优点:将面板置于汽车尾气浓度较高的现场环境中,使 其在现场各种不确定性条件下对汽车尾气中有害气体进行光催化降解 ,从而能够对纳米 TiO2材料光催化降解汽车尾气的性能进行验证。而通过采用专业检测仪器在现场对空气进 行实时监测的方法,来评价纳米TiO2材料的光催化降解性能 ,由于现场气体浓度受自然环 境影响较大,仪器测试数据漂移严重,测试数据误差大,难以有说服力。本试验方法可信度 高,过程简单、方便,成本低廉。在室内试验室环境对纳米TiO2材料进行光催化降解试验,室 内试验室环境同实际路面环境有较大差距,所得的检测结果中人为干涉的因素较多。 [0028] 本发明的测试结果更贴近实际 ,可信度高,试验过程简单、方便,成本低廉,相关检 测结果可以为纳米TiO2浆体在降解汽车尾气中的大规模应用提供数据依据。
[0029] 以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明
[0030] 图1为实施例中的试验面板喷洗装置的主视图。
[0031] 图2为实施例中的试验面板喷洗装置的侧视图。
[0032] 图中标号:1-量筒,2-引流槽,3-试验面板。

具体实施方式
[0033] 实施例
[0034] 以下结合实施例具体阐述本发明采用的测试方法。
[0035] 一种用于测试纳米TiO2材料光催化降解汽车尾气性能的方法,包括如下步骤:

[0036] 第一步、将纳米TiO2、基体材料、分散剂与水以一定比 例混合、搅拌,然后,将搅拌 均匀的浆体涂抹在面板表面或直接浇筑面板。纳米TiO2光催化面板可以在现场大规模施工 的同时予以制作,面板大小以便于加工、移动,喷洗为宜。也可将纳米TiO2材料直接喷洒在 面板上、或将TiO2材料的溶液涂抹在面板上 ;基体材料亦可采用多种可负载纳米TiO2的材 料,比如沥青、水泥或砂浆。以基体材料为水泥为例,将占水泥质量8%~15%的纳米TiO2、 占水泥质量0 .24%~0 .48%的分散剂、占水泥质量50%的自来水或者蒸馏水混合;然后,先 使用高速分散匀质机对混合溶液高速剪切搅拌分散20~40min,再使用超声波清洗器对混 合溶液超声分散30min~60min;最后,在分散均匀的混合溶液中加入基体材料( 水泥),使用 水泥浆搅拌机对混合溶液和基体材料搅拌 ,将搅拌均匀的浆体涂抹在面板表面或直接浇筑 面板。
[0037] 第二步、将纳米TiO2浆体面板进行养护,然后,将面板置于高速公路或城市道路路 旁,或高速公路收费站等汽车尾气含量较高的环境中,并保证太阳光对试验面板的照射。应 对现场面板做防水保护,以防止其雨水天气面板表面的TiO2光催化降解汽车尾气所生成的 相关产物被雨水冲洗掉。
[0038] 第三步、记录纳米TiO2浆体面板置于汽车尾气环境的时间和天气情况,一定时间 后将纳米TiO2浆体面板取回试验室,用适量的蒸馏水或自来水进行喷洗,收集喷洗液,通过 化学方法,检测*根离子的含量。面板喷洗装置由量筒1和引流槽2组成,将面板3整体倾 斜后放置在一引流槽2中进行喷洗,所述引流槽2相对于水平面倾斜α角倾斜设置,在引流槽 2的低端放置量筒1用于收集喷洗液,引流槽2可采用PVC管制作而成,其中试验面板3相对竖 直面倾斜β角,引流槽2相对于水平面倾斜α角,以保证喷洗水流的顺利地从面板流淌到引流 槽中,然后喷洗水流从引流槽流入至量筒,进行收集。试验时并以喷雾的形式对面板表面的 光催化反应物进行全面均匀的喷洗。喷洗用水可以为蒸馏水,亦可以是自来水,喷洗用水在 进行喷洗之前,需采用空白对照试验对蒸馏水或自来水中的*根离子进行标定,以准确 确定喷洗用水内目标离子的含量。喷洗用水对面板表面进行冲洗,所述喷洗用水的量通过 前期预备试验确定。前期预备试验包括以下两部分:第一部分、分别使用等体积差的喷洗用 水对面板进行喷洗作业,对每次喷洗后的冲洗液中的目标离子含量的进行化学测定,确定 基于目标离子浓度或含量最大的最优喷洗用水量的基本范围 ;第二部分、在基本喷洗用水 量范围内继续进行第一部分的喷洗作业,最后在喷洗用水量的基本范围内精确确定喷洗面 板最佳用水量量。
[0039] 第四步、结果测定。通过化学方法,检测纳米TiO2面板的喷洗液的*根离子的含 量。*根离子含量的检测、预备试验以及喷洗用水的空白试验,均参照相应的国家标准进 行。
[0040] 第五步、根据喷洗液中*根离子的含量,推算纳米TiO2浆体面板对汽车尾气的 降解量 ,除以面板置放在汽车尾气环境的时间和面板的面积,得到单位时间、面积的纳米 TiO2浆体面板对汽车尾气的降解效率。
[0041]   以下为将本实施例的方法一个具体应用实例:将水泥质量8%的纳米TiO2、水泥质 量0 .24%的分散剂、水泥质量50%的自来水混合;然后,先使用高速分散匀质机对混合溶液 高速剪切搅拌分散20min,再使用超声波清洗器对混合溶液超声分散20min;最后,在分散均 匀的混合溶液中加入水泥,使用水泥浆搅拌机对混合溶液和基体材料搅拌 ,将搅拌均匀的

浆体涂抹在面板表面。面板尺寸为300×300mm。将光催化纳米TiO2浆体面板在养护室进行 养护7天,然后将纳米TiO2光催化浆体面板搁置于汽车尾气浓度较高的某高速公路收费站 路旁并在雨天及时对面板采取保护措施,防止面板表面的TiO2光催化降解汽车尾气所生成 的相关产物被雨水冲洗掉。记录纳米TiO2浆体面板置于高速公路收费站路旁的时间和天气 情况,如表1所示。
[0042]  表1纳米TiO2i光催化面板搁置收费站期间天气情况表
[0043]


[0044]   8天后将编号为1-A1,1-A2两块面板取回试验室,测试光催化纳米TiO2浆体面板降 解汽车尾气所生成的*根离子的含量。根据前期预备试验测得的喷洗光催化纳米TiO2浆 体面板最佳用水量为25ml。在对光催化纳米TiO2浆体面板喷洗之前,采用空白对照试验对 自来水中的*根离子进行标定,确定喷洗用水中*根离子的浓度为( 2 .840mg/l )。以自 来水作为喷洗用水,以喷雾的形式对面板表面的光催化反应物进行全面均匀的喷洗,并用 量筒收集喷洗液,当收集的喷洗液达到25ml时 ,停止喷洗。通过分光光度法,检测纳米TiO2 面板的喷洗液的*根离子浓度,并减去自来水中的*根离子的浓度,得到光催化纳米 TiO2浆体面板降解汽车尾气后的喷洗液中*根离子的浓度为10 .845mg/l。,进一步可以 推算纳米TiO2浆体面板对汽车尾气的降解量,除以面板置放在汽车尾气环境的时间和面板 的面积,得到单位时间、面积的纳米TiO2浆体面板对汽车尾气的降解效率。
[0045] 以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点,本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的*,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的具体工作原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改 进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内 ,本发明要求保护范围由所附的权利 要求书及其等效物界定。
 



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