竹炭負(fù)載TiO2的制備及負(fù)載前后甲醛吸附性能比較

朱文炎

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竹炭負(fù)載TiO2的制備及負(fù)載前后甲醛吸附性能比較

朱文炎

（漳州城市職業(yè)學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，福建 漳州 363000）

采用溶膠－凝膠法制備TiO2溶膠，采用浸漬－過濾法將TiO2負(fù)載于載體顆粒竹炭（BC）的表面，制成竹炭負(fù)載二氧化鈦的TiO2/BC復(fù)合材料，并對(duì)竹炭和TiO2/BC復(fù)合材料進(jìn)行電鏡掃描和甲醛吸附性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：竹炭負(fù)載上TiO2后，TiO2在載體竹炭上的分布較均勻，主要集中在竹炭大孔和表面的凹陷處，沒有將孔隙阻塞，所以TiO2的負(fù)載造成的竹炭比表面積減小的幅度并不很大；竹炭本身極性較弱，屬于弱極性的材料，負(fù)載上強(qiáng)極性的TiO2后，極性增加;竹炭負(fù)載TiO2后，其對(duì)甲醛的吸附性能大大增加。

竹炭；二氧化鈦；負(fù)載；吸附性能；甲醛

甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)，是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源，也是潛在的強(qiáng)致突變物之一。研究表明，甲醛具有強(qiáng)烈的致癌和促癌作用。因此甲醛的去除，已成為國際上甚為關(guān)心的問題之一。針對(duì)醛類（甲醛）、酮類、香烴(苯、甲苯、二甲苯)等室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物的污染，目前已有的凈化方法主要包括吸附法、化學(xué)氧化法和光催化氧化法等[1]。而吸附法中活性炭的使用最為廣泛，且一般控制活性炭吸附劑的性能主要集中在孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)兩大方面[2]。與木炭相比，竹炭有特殊的微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，具有和椰子殼活性炭同等的比表面積和吸附率，所以具有很強(qiáng)的吸附性能和其它優(yōu)良性能[3]。從理論上來說，二氧化鈦納米晶體粒徑越小，比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)[4]。本文以鈦酸四丁酯和乙醇為原料，采用溶膠－凝膠法制備TiO2溶膠，以竹炭顆粒為載體，采用浸漬－過濾法將TiO2負(fù)載于顆粒竹炭的表面，制成竹炭負(fù)載二氧化鈦的TiO2/BC復(fù)合材料，并對(duì)竹炭和負(fù)載三次TiO2的TiO2/BC復(fù)合材料進(jìn)行電鏡掃描，并以甲醛為吸附對(duì)象，考察了竹炭負(fù)載TiO2前后的吸附性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

竹炭（福州黑金剛炭業(yè)有限公司提供）；鈦酸四丁酯（CR）；無水乙醇（AR）；硝酸（AR）；蒸餾水；甲醛（AR，含量37.0%～40.0%）。自制吸附裝置（在一干燥器的多孔瓷板下面注入5ml的甲醛，在上面放置玻璃片，并把一定量的吸附劑樣品放在玻璃片上，蓋上蓋子）；SX2-5-12箱式電阻爐；79-1磁力攪拌器；PHS-3C精密pH計(jì)；TU-1800PC紫外-可見分光光度計(jì)；HY-4調(diào)速振蕩器；HANGPING FA1104電子天平；Philips ,XL-3D掃描電子顯微鏡。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1竹炭預(yù)處理 將粒徑為0.246～0.520 mm（相當(dāng)于60～30目）的竹炭用水煮沸過濾，重復(fù)3次，以去除粉塵和竹炭表面的殘留物等，120℃下烘干至恒重，置于干燥器中備用。

1.2.2 TiO2/BC復(fù)合材料的制備 室溫下，取一定體積的無水乙醇于錐形瓶中，攪拌，加入10.00 mL鈦酸四丁酯，繼續(xù)攪拌30 min，用硝酸調(diào)pH值至1.0，然后逐滴加入一定體積的蒸餾水，繼續(xù)攪拌30 min，再靜置沉化4 h得到透明、淡黃色的溶膠；接著將預(yù)處理好的粒徑為0.246～0.520 mm的竹炭放在表面皿里，加入一定量的已制備好的溶膠，浸漬10 min，用100目的篩子過濾，于100℃烘箱內(nèi)烘干，此為一次負(fù)載過程，如需多次負(fù)載，則重復(fù)以上步驟；將負(fù)載好TiO2膠體的竹炭放在電阻爐里，在室溫下，以10℃/min的速率升溫至250℃，恒溫60min，然后繼續(xù)升溫至450℃焙燒2 h，再隨爐自然冷卻到室溫，可獲得TiO2/BC復(fù)合型材料。

1.2.3 BC和TiO2/BC復(fù)合材料吸附甲醛的對(duì)比實(shí)驗(yàn) 在室溫下，準(zhǔn)確稱取0.2000g BC和TiO2/BC，放入自制裝置（放置暗處）中，放置一段時(shí)間，取出樣品，放入1000 mL的容量瓶定容3小時(shí)按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的步驟測定吸光度A，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出甲醛吸附量。

2 結(jié)果與討論

2.1 SEM觀察

對(duì)竹炭和負(fù)載三次TiO2的TiO2/BC復(fù)合材料進(jìn)行電鏡掃描，其掃描結(jié)果見圖1。從掃描電鏡照片可以看出，載體竹炭是多孔狀的。根據(jù)1972年國際精細(xì)化學(xué)聯(lián)合會(huì)的規(guī)定，竹炭的孔應(yīng)屬于大孔的范圍（直徑大于50 nm），但仍然存在大量的中孔。從竹炭負(fù)載的TiO2膜表面的SEM照片可知，TiO2在竹炭表面形成了膜層，膜分布相對(duì)較均勻，但在少數(shù)區(qū)域有膜層不均勻現(xiàn)象；膜表面有裂紋，這是由于干燥和煅燒過程中收縮應(yīng)力作用的結(jié)果；TiO2主要集中在竹炭大孔和表面的凹陷處，由于孔徑較大，并沒有將孔隙阻塞。從圖1電鏡掃描照片，可以看出，只有部分TiO2進(jìn)入竹炭的某些大孔，并沒有完全堵塞竹炭的吸附通道，所以TiO2的負(fù)載造成的竹炭比表面積減小的幅度并不很大。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用乙酰丙酮分光光度比色法[5]，于紫外—可見分光光度計(jì)上測定甲醛溶液的最佳吸收波長為414 nm。配置一系列濃度不同的甲醛溶液，于414 nm波長處測其吸光度，繪制甲醛濃度—吸光度工作曲線，得到回歸方程為y=4.2706x+0.0193（其相關(guān)系數(shù)為R2＝0.9999），如圖2，測定其吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出樣品中甲醛含量。

2.3 負(fù)載TiO2前后對(duì)甲醛吸附性能

取負(fù)載次數(shù)分別為0～5次的竹炭按1.2.3的方法進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見圖3，由圖可見負(fù)載TiO2后，竹炭的吸附性能大大增加了。因?qū)嶒?yàn)是在避光條件下進(jìn)行，所以TiO2對(duì)甲醛的光催化降解的作用可不考慮。因?yàn)橹裉勘旧淼臉O性較弱，屬于弱極性的材料，負(fù)載上強(qiáng)極性的TiO2后，極性增加。根據(jù)吸附原理極性分子(或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子)型的吸附質(zhì)；非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。因此負(fù)載TiO2后，TiO2/BC復(fù)合材料的極性增強(qiáng)，竹炭的吸附性能隨之大大增加。

3 小結(jié)

竹炭為多孔性材料，負(fù)載上TiO2后，在載體竹炭上的分布較均勻，主要集中在竹炭大孔和表面的凹陷處，沒有將孔隙阻塞，所以TiO2的負(fù)載造成的竹炭比表面積減小的幅度并不很大；竹炭本身極性較弱，屬于弱極性的材料，負(fù)載上強(qiáng)極性的TiO2后，極性增加，因此竹炭的吸附性能隨之大大增加。

[1]沈興興，劉陽生，陳睿等.我國室內(nèi)空氣污染研究及其防治措施[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2002，10（4）：366-371.

[2]Chiang hunglung,huangC P, ChiangP C. Effect OF Metal Additives on the Physico-chemical Characteristics of Activated Carbon Exemplified by Benzene and Acetic acid. Carbon, 1999, 37:1919-1928.

[3]胡永煌.竹炭、竹醋液生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)研究進(jìn)展[J]．林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2002，22（3）：79-83.

[4]黃婉霞，孫作鳳等. 納米二氧化鈦催化作用降解甲醛的研究[J].稀有金屬，2005,2（1）：34－38.

[5]宋廣生.室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)解讀[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：122-128．

圖1 竹炭和負(fù)載三次的TiO2/BC的掃描電鏡照片

圖3 負(fù)載次數(shù)對(duì)吸附量的影響

Preparation of Bamboo Charcoal loaded with TiO2and comparison between loaded with TiO2or not in adsorption capacity of Formaldehyde

ZHU Wen-yan

(Department of Biological and Environmental Engineering, Zhangzhou City University， Zhangzhou 363000, China)

TiO2sol was prepared by a sol-gel method using butyl titanate as raw material, and TiO2photocatalyst loaded on granular bamboo charcoal (TiO2/BC) was prepared by a molecular soakage-filtration method using granular bamboo charcoal (c) as supporter. In the study, BC and TiO2/BC were scanned in the electron microscope, and comparison between loaded with TiO2or not in adsorption capacity of Formaldehyde was studied. The results show that: When TiO2photocatalyst loaded on granular bamboo charcoal, the distribution was uniform. And TiO2didn't block the porous, but concentrated in the macroporous and the depressions of granular bamboo charcoal. So the reducing extent of surface area of BC from TiO2was not large. BC belongs non-polar material, and its polarity increased after high-polar TiO2loaded on granular bamboo charcoal. This leaded to the adsorption capacity of TiO2/BC to formaldehyde increased greatly.

bamboo charcoal; titanium dioxide; loading; adsorption capacity; formaldehyde

2010－07－25

朱文炎（1975－），男，福建東山人，碩士，從事天然高分子材料的研究。

O623.511

A

1673-1417（2010）03-0074-03