AG摻雜納米TIO₂光催化降解甲醛性能探討

袁紫嫣 劉燕霞 鐘慧玲 鄧紫嫻 王延旭

摘要：甲醛作為典型室內(nèi)空氣有機污染物之一，被世界衛(wèi)生組織認(rèn)為1類致癌物、致畸物。本文首先分析了光催化降解甲醛的機理，同時總結(jié)了不同因素下?lián)紸g納米TiO2光催化對甲醛的催化降解影響、提升摻Ag納米TiO2光催化活性的方式，最后歸納了摻Ag納米TiO2光催化降解甲醛的研究。

關(guān)鍵詞：摻Ag；納米TiO2；光催化；降解甲醛性能

室內(nèi)甲醛的常用處理方式為吸附，受吸附效率、吸附條件的影響，存在處理效果不佳和二次污染等問題。光催化技術(shù)可將有機污染物氧化為無害的CO2和H2O，不存在二次污染，有著廣泛的應(yīng)用前景。納米TiO2為開發(fā)最早應(yīng)用最為廣泛的光催化劑，在降解水體污染物、光解水和氣相污染物的降解中均有廣泛應(yīng)用。本文主要綜述摻Ag納米TiO2光催化降解甲醛性能探討。

1 光催化降解甲醛的機理

自1972年美國學(xué)者發(fā)現(xiàn)受輻射的納米TiO2表面具備持續(xù)氧化還原功能、水還原功能后，加大了對半導(dǎo)體多相光催化反應(yīng)的關(guān)注度。

納米TiO2滿價格、空導(dǎo)帶之間的禁帶寬度為3.26eV。在少量水蒸氣空氣中，一旦能量超過禁帶寬度，光子照射在納米TiO2表面，價帶的電子會被激發(fā)到導(dǎo)帶上，因此形成活性較高的電子。同時在價帶內(nèi)產(chǎn)生一個帶正電的空穴，激發(fā)后產(chǎn)生電子-空穴對，促使其快速從內(nèi)部遷移到表面。在光催化氧化空氣中，就微量甲醛反應(yīng)條件下，吸附在催化劑表面的空氣氧氣被光生電子還原成超氧化氫自由基，微量水則被氧化為羥基自由基，以此為甲醛深度氧化提供活性的氧化劑。

2 不同因素下Ag摻雜納米TiO2光催化對甲醛的催化降解影響

甲醛光催化反應(yīng)會受到很多因素的影響，包括：濕度、反應(yīng)溫度、催化劑用量、氣體速度等，詳細(xì)分析如下。

2.1 濕度影響

在光催化反應(yīng)中，納米TiO2對水分子存在吸附飽和，若不存在水蒸氣，將會導(dǎo)致催化劑表面·OH減少，使得電子與空穴的復(fù)合增加，進而降低了催化劑的活性。若水蒸氣濃度增加，水分子會與甲醛出現(xiàn)競爭吸附，在此作用下，會抑制反應(yīng)的進行。因此，濕度對光催化降解甲醛的效果有重要影響。

任強，狄劍鋒[1]等學(xué)者認(rèn)為，在不同試驗條件下，隨著濕度的增加，甲醛降解率會先下降后增加，相對濕度在35.0%左右降解率最優(yōu)，若相對濕度過高、過低，將會阻礙甲醛光催化降解速度。

2.2 甲醛濃度影響

在光催化反應(yīng)體系中，若試驗條件不變，甲醛初始濃度不同，將會影響光催化效果。張浩，黃凱[2]等學(xué)者認(rèn)為，直徑為17nm的納米TiO2制作成質(zhì)量比為2.0%的噴霧劑，在一定時間內(nèi)，隨著甲醛初始濃度的增加，將會導(dǎo)致降解率上升。隨著甲醛初始濃度的持續(xù)增加，其降解率反而會下降?？偠灾?，甲醛初始濃度越高，則反應(yīng)均衡時間越長，甲醛的降解率則會降低。

2.3 其他因素影響

除上述影響因素外，甲醛氣體流速、催化劑載體、光強等均會影響甲醛降解率。在高污染濃度條件下，隨著流速的提升，催化劑的降解效果劣化。若污染物濃度較低，通過提升流速則會促使甲醛在反應(yīng)器中的混合，從而提高污染物的光催化降解效率。

3 Ag摻雜納米TiO2的方式

Ag摻雜有三種常用的方法，Ag取代TiO2中的Ti原子，金屬氧化物堆積在TiO2晶粒周圍，Ag沉積在TiO2表面。水熱法、浸漬法、溶膠-凝膠法、沉淀-還原等方法均是Ag摻雜TiO2的常用方式。

李靜玲[3]等采用強堿熔融-水熱法，制備了Ag修飾復(fù)合TiO2納米管，得到在3-5nm的TiO2內(nèi)外管壁上的Ag NPs摻雜TiO2。何超[4]則采用溶膠-凝膠工藝制備了Ag摻雜的TiO2粉末，Ag的摻雜抑制了銳鈦礦粒子的生長，TiO2粉末的比表面積增加。高瑩[5]亦采用了sol-gel法制備了Ag摻雜TiO2的納米薄膜，當(dāng)Ag摻雜量為0.5%時，光電性能最優(yōu)。

4 Ag摻雜納米TiO2光催化降解甲醛的研究

Ag慘仔TiO2光催化劑有諸多的應(yīng)用，例如降解水體中的染料、抗生素、亦可用于光解水，根據(jù)TiO2形貌、晶型、摻雜量、摻雜方式的差異，其光催化性能各有區(qū)別。

陳小開[6]采用sol-gel和浸漬法制備了載Ag納米TiO2溶膠，在高壓汞燈為光源下，1%Ag的TiO2薄膜的降解效率可到90%以上。丁震[7]采用摻雜1.5%的Ag的TiO2，并負(fù)載與泡沫鎳板上，對甲醛和VOCs的降解率分別達到86%和81%。陳麗瓊[8]等人制備Ag-TiO2光催化功能內(nèi)墻涂料，Ag摻雜能有效提高了TiO2的對可見光的響應(yīng)范圍，其降解效率達到了71.1%。吳健春[9]的研究表明，Ag摻雜納米TiO2改性后的內(nèi)墻涂料經(jīng)過40W的日光燈照射8h甲醛降解效率達到75%

5 結(jié)束語

綜上所述，納米TiO2光催化降解甲醛的方法操作簡單效果顯著。但就實際情況而言，目前納米TiO2光催化涂料甲醛降解還處于研究階段，工業(yè)應(yīng)用相對較少。如何改良處理工藝，實現(xiàn)光催化能力的提升，降低使用成本，擴展應(yīng)用范圍成為當(dāng)前解決的問題。

基于本文上述分析，筆者認(rèn)為：應(yīng)當(dāng)選擇有效的處理方式，建設(shè)高效動態(tài)處理工藝。通過改變金屬、非金屬的性能，實現(xiàn)納米TiO2光催化劑催化效率的提升，以此強化可見光的利用速度。

參考文獻

[1]任強，狄劍鋒.納米TiO2光催化降解甲醛的研究進展[J].上海紡織科技，2016，44（09）：4-7.

[2]張浩，黃凱，黃新杰.Ce-TiO2光催化涂料降解甲醛溶液的性能研究及預(yù)測模型[J].稀土，2014，35（04）：18-24.

[3]李靜玲，陳文哲，余華梁，等.Ag摻雜TiO2納米管制備與性能研究[J].

[4]何超，于云，周彩華，等.Ag摻雜對TiO2粉末結(jié)構(gòu)的影響[J].無機材料學(xué)報，2003，18（2）：457-467.

[5]高瑩，苗慧，成宇飛，等.摻雜Ag提升TiO2納米薄膜光電性能的研究[J].電子元件與材料，2018，37（4）：

[6]陳小開，彭兵，柴立元.載銀納米TiO2光催化降解HCHO的研究[J].

[7]丁震，陳曉東，袁春偉，等.金屬泡沫鎳負(fù)載納米TiO2光催化降解空氣中的甲醛[J].上海環(huán)境科學(xué)，2006，27（9）：1814-1819.

[8]陳麗瓊，李榮先.摻銀納米TiO2內(nèi)墻涂料的制備及性能研究[J].新型建筑材料，2007，6：60-62.

[9]吳健春.納米TiO2改性內(nèi)墻乳膠漆的抗菌性能及其甲醛降解研究[J].鋼鐵釩鈦，2005，26（4）：17-21.

（作者單位：福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院）