高效復(fù)合光催化劑的制備及穩(wěn)定消除室內(nèi)甲醛的研究分析

鄧維

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，研究發(fā)現(xiàn)使用光催化劑能夠?qū)⒖諝庵幸恍┚哂袚]發(fā)性和污染性的有機(jī)物徹底降解掉，有研究人員制備出了TiO2 -SiO2復(fù)合催化劑，并且表明將SiO2進(jìn)行復(fù)合可以進(jìn)一步抑制TiO2，增大粒徑，將納米薄膜的比表面積提高，同時(shí)還可以抑制晶型由銳鈦礦轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。本文將采用溶膠-凝膠法制備出新型V5+/TiO2-SiO2-GF復(fù)合光催化劑，同時(shí)對(duì)其消除室內(nèi)甲醛的效果作出研究分析。

關(guān)鍵詞：甲醛;高效復(fù)合;光催化劑

甲醛作為一種公認(rèn)的致癌物質(zhì)。其刺激性強(qiáng)，無色，揮發(fā)時(shí)間久，對(duì)人體存在較大的潛在威脅。有研究表面，在一些新裝修的房屋內(nèi)其甲醛的濃度要比室外高出近240倍，比普通住宅高出8.6倍。長(zhǎng)久以來，人們對(duì)于甲醛污染的重視程度還不夠，相關(guān)的管理體系也不夠健全。因此，甲醛污染威脅人體健康的問題還有待進(jìn)一步解決。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

儀器：PPM400甲醛檢測(cè)儀、恒溫磁力攪拌器、馬弗爐、白熾燈（40W）、無臭氧型紫外殺菌燈（5W，253.7nm）、提拉涂膜儀、環(huán)境測(cè)試艙（2m3）等。

試劑：正硅酸乙酯（AR）、鈦酸四正丁酯（AR）、無水乙醇（AR）、甲醛溶液（AR）、冰醋酸（AR）、偏釩酸銨（AR）、硫酸（AR）、草酸（AR）、過氧化氫30%（AR）、去離子水等。

1.2 制備

TiO2-SiO2-GF光催化劑制備：

①配置A溶液，室溫狀態(tài)下，在44mL無水乙醇中加入34mL鈦酸四正丁酯，使用磁力攪拌半個(gè)小時(shí)即可;②另取44mL無水乙醇、4mL去離子水以及9.6mL冰醋酸，再結(jié)合相關(guān)的比例將不同劑量的正硅酸乙酯加入進(jìn)去，磁力攪拌1h之后就可以得到B溶液;③在B溶液中緩慢加入A溶液，攪拌兩個(gè)小時(shí)之后就可以得到TiO2-SiO2溶膠，將得出的溶膠靜置半小時(shí)，將玻璃纖維布裁剪成20cm×20cm，厚度為0.12mm，以此作為載體，然后利用提拉涂膜裝置進(jìn)行涂膜，在涂膜之后即刻放入100℃的馬弗爐中進(jìn)行5min的干燥，之后以2℃/分的速度上升到預(yù)定的溫度，恒溫2h，待自然冷卻至常溫。

TiO2-GF光催化劑制備：在配置B溶液的時(shí)候，不需要將正硅酸乙酯加入進(jìn)去，其他的方法和步驟與TiO2-SiO2-GF光催化劑的制備方法是一樣的。

V5+/TiO2-SiO2-GF光催化劑制備：將適量的偏釩酸銨溶于濃度為5%的草酸溶液，就得出了C溶液，之后在③中將C溶液緩慢加入到A溶液中，其他方法和步驟與上面配置TiO2-SiO2-GF光催化劑的制備一致。

1.3 預(yù)處理玻璃纖維布

①先用清水將玻璃纖維布清洗干凈，隨后放入到馬弗爐中，用450℃的煅燒進(jìn)行處理2h，待其冷卻之后再用離子水對(duì)其進(jìn)行漂洗，之后將其烘干備用;②把玻璃纖維布放在體積比為70：30的H2SO4/H2O2中煮沸10min，之后用去離子水進(jìn)行漂洗，將其烘干備用。

1.4 實(shí)驗(yàn)過程

光催化劑的活性主要是以甲醛的降解率來作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。在環(huán)境測(cè)試艙（2m3）中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因其密封性比較好，且測(cè)試艙的內(nèi)壁吸附甲醛的作用力比較小，所以比較有利于進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。甲醛的初始濃度一般設(shè)置為0.42mg/m3。

在測(cè)試艙中放入制作好的光催化劑，等艙內(nèi)的濃度達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求后，將模擬可見光的白熾燈或是無臭氧型紫外殺菌燈打開。每間隔半小時(shí)，使用PPM400甲醛檢測(cè)儀進(jìn)行采樣，持續(xù)3h。

2 討論

2.1 預(yù)處理玻璃纖維布的影響

玻璃纖維布的表面覆蓋著一層疏水性有機(jī)物，在進(jìn)行鍍膜時(shí)，會(huì)阻礙其表面與溶膠，導(dǎo)致薄膜破裂或脫落，最終對(duì)光催化活性造成一定的影響。而使用煅燒法或者煮沸法都能有效去除玻璃纖維布表面的疏水性有機(jī)物。這樣就可以保障實(shí)驗(yàn)不受其他因素的干擾，得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也更加具有可信度。

2.2 配比對(duì)TiO2-SiO2光催化活性的作用

為了進(jìn)一步考察TiO2-SiO2復(fù)合配比會(huì)對(duì)TiO2光催化活性造成一個(gè)什么樣的影響，特地制備了配比分別是n（Ti）：n（Si）的比例為1：0、1：1、3：1、5：1、7：1的樣品各五種，分別將樣品置于500℃煅燒2h，然后在紫外光的照射下，對(duì)各樣品對(duì)于甲醛產(chǎn)生的降解率進(jìn)行分析對(duì)比。

在摻入了Si時(shí)可以將復(fù)合光催化劑的粒徑增大進(jìn)行有效抑制，進(jìn)而創(chuàng)建出一個(gè)多孔的微結(jié)構(gòu)，比表面積也會(huì)加大，具備更強(qiáng)的吸附能力，所以光催化的降解效果會(huì)更加明顯。但如果過量摻入Si則會(huì)導(dǎo)致光催化活性中心的TiO2粒子被一些沒有光催化活性的SiO2粒子給包圍，進(jìn)而對(duì)TiO2的光催化效果造成一定的負(fù)面影響。

3 結(jié)論

將玻璃纖維布通過H2SO4/H2O2進(jìn)行煮沸預(yù)處理之后，n（Ti）：n（Si）的比例為5：1的時(shí)候，n（V）：n（TiO2+SiO2）約為3%：1。當(dāng)煅燒的溫度達(dá)到600℃的時(shí)候，V5+/TiO2-SiO2-GF復(fù)合光催化劑降解甲醛的效率達(dá)到最高。摻入了Si之后，可以有效抑制光生空穴與光生電子的復(fù)合，進(jìn)而有效增加光催化的活性，并借助空氣中的氧氣，將甲醛氧化分解為二氧化碳和水，從而消除室內(nèi)甲醛。

參考文獻(xiàn)：

[1]武宇航，宋美婷，魏凡，等.高效復(fù)合光催化劑的制備及穩(wěn)定消除室內(nèi)甲醛的研究[C]//第十一屆全國(guó)環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會(huì)議.