硅藻土基環(huán)保材料制備與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究

王楠楠+侯賽男+于培生

摘 要：文章采用硅藻土、植物碎屑、粘結(jié)劑和增稠劑等物質(zhì)制備出硅藻土基環(huán)保材料，并利用掃描電鏡、紅外光譜對(duì)其進(jìn)行表征，分析其表面形貌特征、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和所含基團(tuán)。在硅藻土基環(huán)保材料吸附去除有害氣體的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)其對(duì)甲醛、甲苯和氨氣的去除率分別達(dá)到58.16%、47.22%和53.27%。

關(guān)鍵詞：硅藻土；環(huán)保材料；制備；應(yīng)用

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們開始更加關(guān)注家居環(huán)境，因此室內(nèi)裝飾裝修開始成為一種時(shí)尚，不過(guò)目前大部分裝飾裝修材料中都含有害化學(xué)物質(zhì)，比如甲醛、氨氣、苯系物等揮發(fā)性氣體，這些氣體對(duì)人體健康造成一定的危害。硅藻土是一種天然礦物質(zhì)材料，主要化學(xué)成分是SiO2，一般以SiO2·nH2O的形式存在，另外還混有少量的Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、P等雜質(zhì)。硅藻土表面微孔非常多，沒(méi)有任何有害的化學(xué)物質(zhì)，具備隔熱、隔音、防水、阻燃等優(yōu)點(diǎn)。另外，還具有除臭、吸濕、吸附室有害氣體等作用。因此，硅藻土基吸附劑可以作為一種新型室內(nèi)空氣凈化環(huán)保材料。

2 環(huán)保材料制備情況

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

硅藻土、植物碎屑、可分散性糯米膠粉（粘結(jié)劑）、羧甲基纖維素鈉（增稠劑）、去離子水。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

馬弗爐（SX2-4-10型）、粉碎機(jī)（QE-100型）、攪拌器（JB90-D型）、氣體采樣器（QC-1型）、電熱鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9030A型）、紅外光譜儀（NICOLET5700型）、掃描電鏡（JSM-5600LV型）

2.3 制備工藝

實(shí)驗(yàn)采用天然多孔的硅藻土為基材，附加一定比例（見表1）的植物碎屑、粘結(jié)劑、增稠劑等物質(zhì)，制備出硅藻土基環(huán)保材料。

（1）焙燒。將硅藻土置于馬弗爐中，在溫度450℃下焙燒90min，從而燒除硅藻土中的有機(jī)物質(zhì)，增加顆粒表面微孔數(shù)量。（2）破碎過(guò)篩。將硅藻土和植物碎屑分別進(jìn)行破碎，并將顆粒通過(guò)孔徑為0.1mm的分樣篩，得到篩下物。（3）人工混合。將破碎過(guò)篩后的硅藻土和植物碎屑、增稠劑、粘結(jié)劑按照一定比例混合，并用攪拌器攪拌均勻。（4）人工造粒。將去離子水緩慢加入均勻的混合原料中，并用玻璃棒攪拌至凝膠狀態(tài)，然后，進(jìn)行手工制作3mm左右的顆粒。（5）烘干。將人工制作的顆粒放入電熱鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干，設(shè)定溫度為30℃，時(shí)間為24h；然后取出用塑封袋密封，放置于干燥器中備用。

2.4 材料表征

選取干燥器中備用的硅藻土基環(huán)保材料進(jìn)行掃描電鏡和紅外光譜分析。圖2是硅藻土基環(huán)保材料的掃描電鏡圖。從圖2中可以看出，材料成品中沒(méi)有硅藻土多孔的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，而是表面比較粗糙，呈現(xiàn)簇狀、團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，孔隙較發(fā)達(dá)，比表面積較大，這說(shuō)明通過(guò)焙燒、造粒的過(guò)程，硅藻土基本上參與了反應(yīng)；另外，植物碎屑連接著這些簇狀、團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，保證了成品的抗壓、抗折強(qiáng)度。

硅藻土基環(huán)保材料紅外光譜分析情況如圖3所示。從圖中可以看出，位于1000-1200cm-1處的峰為硅氧烷基團(tuán)（-Si-O-Si-）；原硅藻土經(jīng)過(guò)焙燒后，結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，2750、2940、2300和1460cm-1處的有機(jī)質(zhì)峰（-CH、-CH2等）消失，表明焙燒后有機(jī)物逐漸被去除；3400-3500cm-1處是-NH或-OH鍵的伸縮振動(dòng)峰，可能為締合水、植物碎屑、硅藻土表面羥基及有機(jī)雜質(zhì)的峰；而786及714cm-1處的-Si-OH基團(tuán)振動(dòng)峰強(qiáng)度減弱，可能是硅藻土焙燒后部分-OH基團(tuán)發(fā)生改變。

3 環(huán)保材料應(yīng)用情況

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

分別制作兩個(gè)體積為1m3的密閉容器，分別標(biāo)注G0、G1，在G1密封容器中放置硅藻土基環(huán)保材料，G0密封容器作對(duì)比空白試驗(yàn)，進(jìn)行甲醛、甲苯、氨氣去除率的測(cè)定。

（1）甲醛去除率的測(cè)定：用移液槍分別稱取5μL甲醛溶液兩份，同時(shí)放入上述G0、G1兩個(gè)密閉容器中，靜置24h后，使用空氣采樣器從密閉容器分別采集等量氣體，采用可見分光光度計(jì)（722N型）檢測(cè)氣體樣品中甲醛含量，換算成體積濃度，濃度差值與空白容器中樣品濃度的比值即為甲醛去除率。

（2）甲苯去除率的測(cè)定：用移液槍分別稱取5μL甲苯溶液兩份，同時(shí)放入上述G0、G1密閉容器中，靜置24h后，使用空氣采樣器從密閉容器分別采集等量氣體，采用氣相色譜儀（GC-2010 Plus型）檢測(cè)氣體樣品中甲苯含量，換算成體積濃度，濃度差值與空白容器中樣品濃度的比值即為甲苯去除率。

（3）氨氣：用移液槍分別稱取5μL氨水溶液兩份，同時(shí)放入上述G0、G1密閉容器中，靜置24h后，使用空氣采樣器從密閉容器分別采集等量氣體，采用可見分光光度計(jì)（722N型）檢測(cè)氣體樣品中甲苯含量，換算成體積濃度，濃度差值與空白容器中樣品濃度的比值即為氨氣去除率。

3.2 吸附效果（吸附率、有害氣體去除率）

在密封容器內(nèi)，硅藻土基環(huán)保材料吸附甲醛、甲苯、氨氣三種有害氣體實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表2所示。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，硅藻土基環(huán)保材料對(duì)于三種有害氣體都具有一定的吸附效果，其中，甲醛的去除率較好，達(dá)到58.16%，甲苯的去除率較差，僅為47.22%。

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