基于紫外光照射的TiO2懸液催化凈化空氣甲醛實(shí)驗(yàn)研究

牛永紅，修詩博，胡星夢，張麗奇，顧潔，李義科

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

室內(nèi)空氣甲醛類有機(jī)污染物(VOC)主要來源于含有各種溶劑、黏合劑等化工原料的建筑材料，這些污染物以蒸汽形式存在于空氣中[1-2]。甲醛的主要危害表現(xiàn)為對皮膚粘膜的刺激作用，可引起眼部、咽喉不適、胸悶、氣喘等癥狀，長期接觸易致癌[3-4]。因此，室內(nèi)空氣甲醛凈化成為人們長期關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

TiO2具有光催化效果好、材料廉價(jià)易得、穩(wěn)定性好、氧化性強(qiáng)、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。其催化產(chǎn)物為二氧化碳和水等，對人體健康無害[5-9]。本實(shí)驗(yàn)建立了基于紫外光照射的TiO2懸液甲醛催化凈化系統(tǒng)，對空氣中含有的甲醛氣體進(jìn)行催化凈化研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

P25納米二氧化鈦，工業(yè)品；甲醛，化學(xué)純；去離子水。

CJJ78-1磁力攪拌器；UVA-340型紫光燈；ACO-5503型氣泵；GDYK-206S型甲醛測定儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)流程見圖1。把少量甲醛溶液置于小燒杯中，采用水浴加熱的方法置于大燒杯中，將其放置在封閉的甲醛發(fā)生箱中，在甲醛揮發(fā)約1 h達(dá)到實(shí)驗(yàn)濃度，然后使用氣泵將該空氣通入TiO2懸液光催化凈化反應(yīng)器中，進(jìn)行凈化實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)30 min后，用甲醛測試儀檢測甲醛濃度，計(jì)算甲醛去除率。

其中，M為甲醛去除率；C0為甲醛發(fā)生箱中空氣甲醛的濃度；C1為處理后空氣中甲醛濃度。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外光輻射照度對甲醛去除效果的影響

TiO2懸液濃度2.5 g/L，攪拌轉(zhuǎn)速2 000 r/min，進(jìn)入反應(yīng)器甲醛濃度0.54 mg/m3，催化凈化反應(yīng)30 min，結(jié)果見表1。

表1 不同輻射照度下甲醛去除量

由表1可知，隨紫外光輻射照度增加，甲醛濃度下降，去除率增大。紫外光輻射照度18.5 μW/cm2時(shí)，甲醛的去除率達(dá)到92.6%。

2.2 TiO2懸液濃度對甲醛去除效果影響

紫外光輻射照度18.5 μW/cm2，攪拌轉(zhuǎn)速2 000 r/min，甲醛濃度0.54 mg/m3，反應(yīng)時(shí)間30 min，TiO2懸液濃度對甲醛去除效果影響見圖2。

圖2 二氧化鈦懸液濃度對甲醛去除量的影響

由圖2可知，隨著加入TiO2量的增加，甲醛的凈化效果增加，TiO2懸濁液濃度2.5 g/L時(shí)，去除量基本不再增加，去除率為92.6%。

2.3 攪拌轉(zhuǎn)速對甲醛去除效果的影響

進(jìn)口甲醛濃度0.54 mg/m3，紫外光輻射照度18.5 μW/cm2，TiO2粉末濃度2.5 g/L，凈化30 min后，測試甲醛濃度。攪拌轉(zhuǎn)速對甲醛去除效果的影響見圖3。

圖3 攪拌轉(zhuǎn)速對甲醛去除量的影響

由圖3可知，隨著轉(zhuǎn)速的提升，甲醛去除率升高，攪拌轉(zhuǎn)速2 000 r/min時(shí)，甲醛去除率達(dá)92.6%。無攪拌下，隨著反應(yīng)時(shí)間的加長，TiO2懸液的抱團(tuán)、沉淀現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。攪拌提高了TiO2懸液對甲醛氣體的催化凈化效率和使用壽命。

3 結(jié)論

紫外光輻射照度18.5 μW/cm2，攪拌轉(zhuǎn)速2 000 r/min，TiO2懸液濃度2.5 g/L，處理氣體甲醛濃度0.54 mg/m3的工況下，甲醛的去除率可達(dá)92.6%。