吊蘭浸取液與納米二氧化鈦復合型光觸媒噴液的制備及其室內空氣凈化

李遠哲

【摘 要】 本文采用乙醇浸提法提取的吊蘭提取液作為輔助劑，利用其內含有大量負離子的吸附和凈化作用，再輔以納米二氧化鈦和成膜劑的光催化氧化和密封作用制取復合型噴液。研究并比較在一般條件下，即20.0℃、相對濕度48.0%時，用涂有等量非復合型光觸媒、吊蘭提取液與五種配比的復合型光觸媒的面積為1.5m3三種類型噴液的玻璃板，處理4.20 mg/m3的揮發(fā)性有機化合物（TVOC）。結果復合型光觸媒噴液去除率最高可達93%。結論該復合型光觸媒溶液提取物可更有效凈化室內空氣中的甲醛等室內空氣污染。

【關鍵詞】 吊蘭 乙醇浸提法 二氧化鈦 水解法 光觸媒

光觸媒是一種納米級的金屬氧化物材料，一般為二氧化鈦，可以在紫外線的作用下，產生強烈催化功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體、滅多種細菌。目前納米二氧化鈦光觸媒是目前最常用的治理各類室內空氣污染的方法，可以將甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨等有害揮發(fā)性有機物（TVOC）、污染物、臭氣、細菌等分解成無害的H2O和CO2，光觸媒在光的照射下，會產生類似光合作用的光催化反應，產生出氧化能力極強的自由氫氧基和活性氧，具有很強的光氧化還原功能，可氧化分解多種有機化合物和部分無機物，具有極強的殺菌、除臭、防霉、防污自潔、凈化空氣功能。

吊蘭對室內甲醛等污染氣體有較強的凈化作用，因為其本身釋放出大量的負離子，對有污染性的甲醛、苯、甲苯均等有較強的吸附效果的功效。除凈化空氣外，吊蘭還可化痰止咳、散瘀消腫、清熱解毒，具有較高的藥用價值，并可以起到氣味遮蓋作用，給人心曠神怡的感覺。本文擬采用乙醇浸提吊蘭提取液與納米二氧化鈦制備相結合，對室內空氣中甲醛等污染物進行治理，并比較在模擬室內裝修的環(huán)境下，即20℃、相對濕度48.0%時復合型光觸媒與非復合型納米二氧化鈦光觸媒噴液處理4.20mg/m3的揮發(fā)性有機化合物（TVOC）的去除效率，并對復合型光觸媒凈化效果進行初步研究。[1]

1 實驗部分

1.1 實驗原料和試劑

吊蘭（購于大連金三角花卉市場），硫酸銨，氨水，無水乙醇（分析純，成都市科龍化工試劑廠），四氯化鈦（化學純，成都市科龍化工試劑廠）， 超純水。752型紫外光柵分光光度計（上海元析儀器廠），RE-5220型旋轉蒸發(fā)儀（上海鑫培儀器設備有限公司）， S-25型pH酸度計（北京三聯(lián)公司），Q3200超聲波清洗器（蘇州江東精密儀器有限公司），HG23-SH-2磁力攪拌儀（北京北信未來電子科技中心），1700度箱式高溫電熱爐（南陽市鑫宇電熱元器件制品有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 吊蘭浸提操作

將收集到的吊蘭植株用去離子水洗凈，擦干備用。稱取20g吊蘭于研缽中研磨成汁，加入過量的75%乙醇水溶液浸泡15min，用120W，40kHz的超聲波清洗器，進行30min的超聲波處理，5000r/min 離心5min[2]，濾液在75℃下使用RE-5220型旋轉蒸發(fā)儀蒸發(fā)除去乙醇，剩余液體經0.3μm的微濾膜過濾，收集于200ml的容量瓶中[3-4]，使用pH酸度計測量提取液的酸堿值。

1.2.2 四氯化鈦水解法制備光觸媒噴液

用四氯化鈦（化學純）為原料，冰水浴條件下將其溶于配置的5%硫酸銨水溶液，于70℃下恒溫水解，然后用1：5稀釋后的稀氨水中和至pH值約為7[5]（呈中性），用于制備納米二氧化鈦，詳細工藝流程見參考文獻[6]。將收集的納米二氧化鈦粉體與分散劑、超純水和添加劑按30：1：100：0.1配比混合，使用磁力攪拌半小時，而后超聲分散一小時，得到的液體經0.2μm的微濾膜過濾，制得納米二氧化鈦的單分散清液[8-9]。再依照專利方法制備光觸媒噴液[10]，并使用90plus納米粒度儀（美國布魯克海文公司），對納米二氧化鈦噴液進行粒徑測試。

1.3 正交優(yōu)選復合型光觸媒噴液的配比

為了保證噴涂后顏色的淺綠色殘留較少，所以盡量多的使用納米二氧化鈦光觸媒噴液，而少取用吊蘭提取液，并通過以往的施工經驗將噴液與提取液的配比分為A.B.C.D.E五組體積比分別設置為9：1，8：1，7：1，6：1，5：1，進行與之前相近的離心、超聲和攪拌操作，以保證混合后溶液的均勻性。同時設置對照組F氣配比設置為噴液：超純水=5：1。忽略混合后溶液體積的變化，將這六組分別進行吸收有害氣體的檢驗，初步比較得出較優(yōu)的復合型光觸媒配比組合。

1.4 光觸媒吸收有害氣體試驗

1.4.1 試驗原料和試驗條件

苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯、苯乙烯（分析純，成都市科龍化工試劑廠），配制好的A.B.C.D.E和等體積濃度非復合型光觸媒F。試驗溫度20.0℃、相對濕度48.0%，密封PP透明箱（箱體大小1m3，密閉，配有風扇），玻璃板、表面皿（大連沈天化玻儀器有限公司）。

1.4.2 試驗方法

（1）光線充足條件；在環(huán)境試驗箱中，將分析純的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯、苯乙烯溶液各1.0ml分別放在表面皿中，在透明箱內日常揮發(fā)24小時。將涂有A.B.C.D.E復合型光觸媒、非復合型光觸媒F和吊蘭提取液的表面積為1.5m3的玻璃板放置在試驗倉的中央位置，然后迅速采集氣體樣品，記為初始濃度。模擬正常室內環(huán)境，在陽光充足處日常放置48小時，再采集試驗倉內氣體樣品，記為48小時濃度。

對采集的樣品依據(jù)GB50325-2001《民用建筑工程室內環(huán)境污染物控制規(guī)范》、GB11737-89《居住區(qū)大氣中苯、甲苯和二甲苯衛(wèi)生檢驗標準方法---氣相色譜法》檢測空氣樣品中的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯以及總揮發(fā)性有機化合物的濃度。根據(jù)樣品中總揮發(fā)性有機化合物的濃度。并根據(jù)總揮發(fā)性有機化合物的濃度的變化，計算出光觸媒的去除效率[11-12]。

（2）光線較暗條件；調節(jié)光線強度，主要為紫外線的強度，使用白色厚紙板遮擋住試驗箱一半的表面積，使試液接收紫外線的量減弱，模擬光線不足的治理環(huán)境，并重復上述實驗[11]。

1.4.3 去除效率的計算

通過送樣使用GC7890A型氣相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司）對反應前后的氣體進行檢測和分析，得到反應前后的初始和48小時總揮發(fā)性有機物（TVOC）的濃度，并根據(jù)下式求得各樣品的去除效率。

2 結果與討論

2.1 吊蘭提取液基本的物理化學性質

2.1.1 物理性質

提取液呈極淡草綠色，為透明液體，粘稠性小，有淡乙醇氣味和極淡的青草香味。熔沸點未予測出，可溶于水，易溶于乙醇和乙醚。

2.1.2 化學性質

pH酸度計在6左右，有弱酸性，能發(fā)生緩慢的自然氧化，氧化反應生成物尚不明確。

2.2 納米二氧化鈦的粒徑測試結果報告

（圖1）為使用90plus納米粒度儀（美國布魯克海文公司）對納米二氧化鈦噴液進行粒徑測試的測試結果，由測試報告可以看出做得到的納米二氧化鈦的粒徑在1.0nm-1.5nm之間的數(shù)目超過了90%，屬于具有極強光催化效果、較為理想的二氧化鈦光觸媒噴液。

2.3 復合型、非復合型光觸媒與提取液的去除效果

使用GC7890A型氣相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司）對反應前后的氣體進行檢測記錄，得到反應前后的初始和48小時總揮發(fā)性有機物（TVOC）的濃度，并得到各樣品在光線充足（如表1）和光線較暗（如表2）的去除效率[11-12]。

2.4 去除率總體趨勢曲線

將以上兩表所得去除效率數(shù)據(jù)，按納米二氧化鈦濃度從低到高，提取液濃度由高到低的順序繪制出去除速率總體趨勢曲線（如圖2）。

3 結語

該復合型光觸媒溶液提取物可更有效治理室內空氣中的甲醛，苯，乙酸乙酯等揮發(fā)性有機物所造成的室內空氣污染。治理后的總揮發(fā)性有機物殘留率低，幾乎無刺激性氣體的殘留。在光線充足的室內條件下，吊蘭提取液和非復合光觸媒噴液的配比控制在1：5-1：6 之間時，該復合型噴液去除效率最高可達93%。

在光線充足時，原納米二氧化鈦光觸媒噴液有極強的光催化特性，吊蘭提取液的光催化增強作用并不明顯，但是吊蘭提取液的增加，可以減輕人們對異味的不適感，起到了空氣清新劑的作用，并發(fā)揮了一定的藥用價值。但同時又區(qū)別于空氣清新劑?？諝馇逍聞┒嘤梢颐选⑾憔瘸煞纸M成，此類物質在空氣中化學分解之后產生的氣體某些成分本身為空氣污染物，加劇了室內空氣的污染程度，長期使用對人體會產生不良刺激[13-15]。

在光線較暗時，吊蘭提取液可以有效的提高總揮發(fā)性有機物的去除效率。原因分析：

（1）由于提取方法采用的是乙醇低溫超聲浸取，并未破壞吊蘭植株本身所含有的大量負離子，負離子不僅可以使室內空氣中的細菌和揮發(fā)性刺激性氣體分子相結合，沉降后再通過二氧化鈦的催化氧化作用生成水和二氧化碳，進而達到凈化目的。（2）提取液中有大分子化合物分子結構復雜，呈空間網(wǎng)狀結構或晶體排布，間隙與甲醛、氨、苯和二甲苯的分子直徑相近，因此可以有效吸附甲醛、苯、TVOC等有害氣體。

需要注意的是，由于吊蘭提取液的加入，可能會導致新配置的復合型光觸媒的存放和使用時限有諸多限制，后續(xù)試驗會通過其他防腐劑等添加劑的加入對其改善。現(xiàn)階段的使用還是以現(xiàn)用現(xiàn)配為主，并避光低溫保存。

吊蘭提取液只是作為諸多綠植的一種，具有良好的凈化性能和清潔作用，而且植物復合型光觸媒的制備也為光催化發(fā)展提供了新的方向。另需要說明的一點是，光觸媒只是作為一種室內裝修污染的手段被廣泛使用，但是仍不排除有少量總揮發(fā)性有機物的殘留以及甲醛在從家具中的緩慢釋放，因此我們仍需要保證必要的開窗通風，以保持室內空氣清潔。最后再次感謝大連奧德爾科技所給予的支持和幫助。

參考文獻：

[1]肖萍，郭勇全，趙蔡斌.吊蘭吸收甲醛的研究[J].安徽農業(yè)科學，2010年16期8525-8526頁，8529頁.

[2]毛清黎，施兆鵬，李玲，劉仲華，朱旗.超聲波乙醇浸提快速測定苦瓜總皂甙的方法研究[J].食品科學，2006年12期622-626頁.

[3]朱啟紅，夏紅霞.吊蘭乙醇提取物對空氣中甲醛的吸收效果研究[J].環(huán)境與健康雜志，2011年04期351-352頁.

[4]溥麗華，劉忠華，魏振園，王晉飛.乙醇浸提法提取槐角愈傷組織中異黃酮的研究[J].種子，2012年01期1-4頁.

[5]張青紅，高鐮，郭景坤.四氯化鈦水解法制備二氧化鈦納米晶的影響因素[J].無機材料學報，2000年06期992-997頁.

[6]孫忠月，王兢，龍光斗，李盛彪.納米二氧化鈦的制備方法[J].科技資訊，2008年17期4-5頁.

[7]陳小泉，沈文浩.納米TiO2晶體膠體在居室凈化中的應用研究[J].環(huán)境科學與技術，第31卷，2008年10月10期132-134頁.

[8]魏紹東，都維林，付國妮.納米二氧化鈦生產的工藝與設備（三）納米科技[J].2007年06期63-66頁.

[9]XU BingYe，ZHU Tong，TANG XiaoYan，SHANG Jing，Heterogeneous reaction of formaldehyde on the surface of TiO2 particles[J]；Dec 2010 No.12：2644-2651.

[10]大連奧德爾科技發(fā)展有限責任公司.納米二氧化鈦光催化劑、其制備方法及其應用[P].國際專利主分類號：B01J21/06，2004-11-24.

[11]GB50325-2001.《民用建筑工程室內環(huán)境污染物控制規(guī)范》[S].

[12]GB11737-89.《居住區(qū)大氣中苯、甲苯和二甲苯衛(wèi)生檢驗標準方法---氣相色譜法》[S].

[13]吳忠標，趙偉榮.《室內空氣污染及凈化技術》[M].化學工業(yè)出版社，1994年.

[14]吳忠標.《環(huán)境催化原理及應用》[M].化學工業(yè)出版社，2006年.

[15]李東光.《精細化工產品配方與工藝（六）》第二版[M].化學工業(yè)出版社，2010年.

（2）光線較暗條件；調節(jié)光線強度，主要為紫外線的強度，使用白色厚紙板遮擋住試驗箱一半的表面積，使試液接收紫外線的量減弱，模擬光線不足的治理環(huán)境，并重復上述實驗[11]。

1.4.3 去除效率的計算

通過送樣使用GC7890A型氣相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司）對反應前后的氣體進行檢測和分析，得到反應前后的初始和48小時總揮發(fā)性有機物（TVOC）的濃度，并根據(jù)下式求得各樣品的去除效率。

2 結果與討論

2.1 吊蘭提取液基本的物理化學性質

2.1.1 物理性質

提取液呈極淡草綠色，為透明液體，粘稠性小，有淡乙醇氣味和極淡的青草香味。熔沸點未予測出，可溶于水，易溶于乙醇和乙醚。

2.1.2 化學性質

pH酸度計在6左右，有弱酸性，能發(fā)生緩慢的自然氧化，氧化反應生成物尚不明確。

2.2 納米二氧化鈦的粒徑測試結果報告

（圖1）為使用90plus納米粒度儀（美國布魯克海文公司）對納米二氧化鈦噴液進行粒徑測試的測試結果，由測試報告可以看出做得到的納米二氧化鈦的粒徑在1.0nm-1.5nm之間的數(shù)目超過了90%，屬于具有極強光催化效果、較為理想的二氧化鈦光觸媒噴液。

2.3 復合型、非復合型光觸媒與提取液的去除效果

使用GC7890A型氣相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司）對反應前后的氣體進行檢測記錄，得到反應前后的初始和48小時總揮發(fā)性有機物（TVOC）的濃度，并得到各樣品在光線充足（如表1）和光線較暗（如表2）的去除效率[11-12]。

2.4 去除率總體趨勢曲線

將以上兩表所得去除效率數(shù)據(jù)，按納米二氧化鈦濃度從低到高，提取液濃度由高到低的順序繪制出去除速率總體趨勢曲線（如圖2）。

3 結語

該復合型光觸媒溶液提取物可更有效治理室內空氣中的甲醛，苯，乙酸乙酯等揮發(fā)性有機物所造成的室內空氣污染。治理后的總揮發(fā)性有機物殘留率低，幾乎無刺激性氣體的殘留。在光線充足的室內條件下，吊蘭提取液和非復合光觸媒噴液的配比控制在1：5-1：6 之間時，該復合型噴液去除效率最高可達93%。

在光線充足時，原納米二氧化鈦光觸媒噴液有極強的光催化特性，吊蘭提取液的光催化增強作用并不明顯，但是吊蘭提取液的增加，可以減輕人們對異味的不適感，起到了空氣清新劑的作用，并發(fā)揮了一定的藥用價值。但同時又區(qū)別于空氣清新劑?？諝馇逍聞┒嘤梢颐选⑾憔瘸煞纸M成，此類物質在空氣中化學分解之后產生的氣體某些成分本身為空氣污染物，加劇了室內空氣的污染程度，長期使用對人體會產生不良刺激[13-15]。

在光線較暗時，吊蘭提取液可以有效的提高總揮發(fā)性有機物的去除效率。原因分析：

（1）由于提取方法采用的是乙醇低溫超聲浸取，并未破壞吊蘭植株本身所含有的大量負離子，負離子不僅可以使室內空氣中的細菌和揮發(fā)性刺激性氣體分子相結合，沉降后再通過二氧化鈦的催化氧化作用生成水和二氧化碳，進而達到凈化目的。（2）提取液中有大分子化合物分子結構復雜，呈空間網(wǎng)狀結構或晶體排布，間隙與甲醛、氨、苯和二甲苯的分子直徑相近，因此可以有效吸附甲醛、苯、TVOC等有害氣體。

需要注意的是，由于吊蘭提取液的加入，可能會導致新配置的復合型光觸媒的存放和使用時限有諸多限制，后續(xù)試驗會通過其他防腐劑等添加劑的加入對其改善?，F(xiàn)階段的使用還是以現(xiàn)用現(xiàn)配為主，并避光低溫保存。

吊蘭提取液只是作為諸多綠植的一種，具有良好的凈化性能和清潔作用，而且植物復合型光觸媒的制備也為光催化發(fā)展提供了新的方向。另需要說明的一點是，光觸媒只是作為一種室內裝修污染的手段被廣泛使用，但是仍不排除有少量總揮發(fā)性有機物的殘留以及甲醛在從家具中的緩慢釋放，因此我們仍需要保證必要的開窗通風，以保持室內空氣清潔。最后再次感謝大連奧德爾科技所給予的支持和幫助。

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[8]魏紹東，都維林，付國妮.納米二氧化鈦生產的工藝與設備（三）納米科技[J].2007年06期63-66頁.

[9]XU BingYe，ZHU Tong，TANG XiaoYan，SHANG Jing，Heterogeneous reaction of formaldehyde on the surface of TiO2 particles[J]；Dec 2010 No.12：2644-2651.

[10]大連奧德爾科技發(fā)展有限責任公司.納米二氧化鈦光催化劑、其制備方法及其應用[P].國際專利主分類號：B01J21/06，2004-11-24.

[11]GB50325-2001.《民用建筑工程室內環(huán)境污染物控制規(guī)范》[S].

[12]GB11737-89.《居住區(qū)大氣中苯、甲苯和二甲苯衛(wèi)生檢驗標準方法---氣相色譜法》[S].

[13]吳忠標，趙偉榮.《室內空氣污染及凈化技術》[M].化學工業(yè)出版社，1994年.

[14]吳忠標.《環(huán)境催化原理及應用》[M].化學工業(yè)出版社，2006年.

[15]李東光.《精細化工產品配方與工藝（六）》第二版[M].化學工業(yè)出版社，2010年.

（2）光線較暗條件；調節(jié)光線強度，主要為紫外線的強度，使用白色厚紙板遮擋住試驗箱一半的表面積，使試液接收紫外線的量減弱，模擬光線不足的治理環(huán)境，并重復上述實驗[11]。

1.4.3 去除效率的計算

通過送樣使用GC7890A型氣相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司）對反應前后的氣體進行檢測和分析，得到反應前后的初始和48小時總揮發(fā)性有機物（TVOC）的濃度，并根據(jù)下式求得各樣品的去除效率。

2 結果與討論

2.1 吊蘭提取液基本的物理化學性質

2.1.1 物理性質

提取液呈極淡草綠色，為透明液體，粘稠性小，有淡乙醇氣味和極淡的青草香味。熔沸點未予測出，可溶于水，易溶于乙醇和乙醚。

2.1.2 化學性質

pH酸度計在6左右，有弱酸性，能發(fā)生緩慢的自然氧化，氧化反應生成物尚不明確。

2.2 納米二氧化鈦的粒徑測試結果報告

（圖1）為使用90plus納米粒度儀（美國布魯克海文公司）對納米二氧化鈦噴液進行粒徑測試的測試結果，由測試報告可以看出做得到的納米二氧化鈦的粒徑在1.0nm-1.5nm之間的數(shù)目超過了90%，屬于具有極強光催化效果、較為理想的二氧化鈦光觸媒噴液。

2.3 復合型、非復合型光觸媒與提取液的去除效果

使用GC7890A型氣相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司）對反應前后的氣體進行檢測記錄，得到反應前后的初始和48小時總揮發(fā)性有機物（TVOC）的濃度，并得到各樣品在光線充足（如表1）和光線較暗（如表2）的去除效率[11-12]。

2.4 去除率總體趨勢曲線

將以上兩表所得去除效率數(shù)據(jù)，按納米二氧化鈦濃度從低到高，提取液濃度由高到低的順序繪制出去除速率總體趨勢曲線（如圖2）。

3 結語

該復合型光觸媒溶液提取物可更有效治理室內空氣中的甲醛，苯，乙酸乙酯等揮發(fā)性有機物所造成的室內空氣污染。治理后的總揮發(fā)性有機物殘留率低，幾乎無刺激性氣體的殘留。在光線充足的室內條件下，吊蘭提取液和非復合光觸媒噴液的配比控制在1：5-1：6 之間時，該復合型噴液去除效率最高可達93%。

在光線充足時，原納米二氧化鈦光觸媒噴液有極強的光催化特性，吊蘭提取液的光催化增強作用并不明顯，但是吊蘭提取液的增加，可以減輕人們對異味的不適感，起到了空氣清新劑的作用，并發(fā)揮了一定的藥用價值。但同時又區(qū)別于空氣清新劑?？諝馇逍聞┒嘤梢颐?、香精等成分組成，此類物質在空氣中化學分解之后產生的氣體某些成分本身為空氣污染物，加劇了室內空氣的污染程度，長期使用對人體會產生不良刺激[13-15]。

在光線較暗時，吊蘭提取液可以有效的提高總揮發(fā)性有機物的去除效率。原因分析：

（1）由于提取方法采用的是乙醇低溫超聲浸取，并未破壞吊蘭植株本身所含有的大量負離子，負離子不僅可以使室內空氣中的細菌和揮發(fā)性刺激性氣體分子相結合，沉降后再通過二氧化鈦的催化氧化作用生成水和二氧化碳，進而達到凈化目的。（2）提取液中有大分子化合物分子結構復雜，呈空間網(wǎng)狀結構或晶體排布，間隙與甲醛、氨、苯和二甲苯的分子直徑相近，因此可以有效吸附甲醛、苯、TVOC等有害氣體。

需要注意的是，由于吊蘭提取液的加入，可能會導致新配置的復合型光觸媒的存放和使用時限有諸多限制，后續(xù)試驗會通過其他防腐劑等添加劑的加入對其改善?，F(xiàn)階段的使用還是以現(xiàn)用現(xiàn)配為主，并避光低溫保存。

吊蘭提取液只是作為諸多綠植的一種，具有良好的凈化性能和清潔作用，而且植物復合型光觸媒的制備也為光催化發(fā)展提供了新的方向。另需要說明的一點是，光觸媒只是作為一種室內裝修污染的手段被廣泛使用，但是仍不排除有少量總揮發(fā)性有機物的殘留以及甲醛在從家具中的緩慢釋放，因此我們仍需要保證必要的開窗通風，以保持室內空氣清潔。最后再次感謝大連奧德爾科技所給予的支持和幫助。

參考文獻：

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