纳米光催化技术用于污染物VOCs的降解应用研究----纳米功能材料与光电应用课题组

　　挥发性有机污染物（Volatile Organic Compounds, VOCs）是室内外空气重要污染源。当空气中VOCs浓度超出环境容量时，不仅对人体健康有严重危害，而且可能导致PM2.5生成。因此，对空气中微量 VOCs 的治理成为一项重要课题。基于纳米材料的光催化氧化技术具有低能耗、低成本等优势，在大气污染治理领域具有广泛的应用前景。然而传统无机半导体光催化材料如TiO₂、ZnO等，通常具有禁带宽度较大，光响应范围窄，对太阳光或其它室内光源的吸收利用率低；光生电子和空穴复合率高，对VOCs的催化转化能力较弱、材料易失活；比表面积较小，难以实现对气相污染物高效、快速捕获等不足，严重限制了光催化技术在空气净化领域的应用。

　　针对以上问题，本课题组从TiO₂材料优化角度出发，发展了多种基于TiO₂的复合光催化材料，拓宽其光吸收范围，促进VOCs在材料表面的吸附和有效锚定，提高材料光催化效率。另一方面，基于新型MOFs材料的超高比表面积、优异可见光活性，发展了多种MOFs基光催化材料，实现对于低浓度VOCs的高效捕获与可见光降解。此外，课题组还通过原位红外、气相色谱-质谱等方式深入研究典型污染物降解机制和材料失活-再生机制，为光催化技术实际应用提供理论和实验基础。在上述研究基础上，课题组开展了一系列将基础科学研究与工程应用示范有机结合的工作。 　

　　部分研究成果展示： 

　　一）基础科学研究类： 

　　1） Applied Catalysis B: Environmental 303 (2022) 120885

　　2）Applied Catalysis B: Environmental 284 (2021) 119813

　　3）Chemical Engineering Journal 430 (2022) 132766

　　4）Journal of Colloid and Interface Science 605 (2022) 674–684 

　　5）Chemical Engineering Journal  349 (2018) 708–718 

　　二）工程示范应用类： 

　　II型太阳能辅助城市空气清洁示范系统（SALSCS II） 

　　II型太阳能辅助城市空气清洁示范系统项目首期投资1000万人民币，该项目被业界誉为“颠覆性创新项目”，主体工程是一座由太阳能驱动的除霾塔，整合光热、光电、CO2捕获及光催化空气净化等多项创新技术，通过去除大气环境中的PM2.5及NOx、SO2等雾霾关键前体物，从而有效遏制雾霾形成并清洁城市空气。采用自制光催化涂层结合大型主动空气净化装置，可每小时净化空气达200000m3，相当于一栋50层办公楼的空气总量。项目预计在建成两年后实现产业化，届时将在医院、学校、住宅小区等人员聚集区安装示范系统装置，以逐步改善聚集区环境空气质量。

图1. SALSCS设计模拟图

图2. SALSCS系统实验现场照片