光催化技术净化甲醛的效果研究

二氧化钛光催化技术治理室内甲醛的研究二氧化钛光催化技术是一种利用光催化剂二氧化钛在光的辐射下促使甲醛分解降解为无害物质的技术。

室内甲醛是一种常见的室内挥发性有机物，严重超标会对人体健康产生危害，因此寻找一种高效的治理方法对室内甲醛进行研究具有非常重要的意义。

本文将对二氧化钛光催化技术在治理室内甲醛方面的研究进行综述。

首先，文章将简要介绍二氧化钛光催化技术的原理。

二氧化钛是一种具有较强的光催化性能的材料，它能够吸收紫外光并产生电子-空穴对，通过光催化反应将有害的甲醛等有机物氧化分解为二氧化碳和水。

文章将详细介绍光催化剂的制备方法和光催化反应的机理，为后续的研究提供理论基础。

接着，文章将综述二氧化钛光催化技术在室内甲醛治理中的应用研究。

研究表明，二氧化钛光催化技术能够有效降解室内甲醛，并且具有反应速度快、处理效果好、对环境无污染等优点。

文章将对已有的研究进行梳理和总结，包括二氧化钛的制备方法、光催化条件的优化、甲醛降解率的测定等，为后续研究提供参考。

然后，文章将分析存在的问题和挑战。

虽然二氧化钛光催化技术在治理室内甲醛方面取得了一定的成果，但仍然面临一些问题和挑战。

例如，光催化反应的过程中会产生一些副产物，有些副产物可能对人体健康产生负面影响；光催化剂的稳定性和光利用率也是需要进一步研究和改进的方向。

最后，文章将展望二氧化钛光催化技术在室内甲醛治理方面的发展前景。

尽管目前存在一些问题和挑战，但通过不断的研究和改进，二氧化钛光催化技术有望成为一种有效、环保的室内甲醛治理方法。

文章将提出一些改进的思路和建议，为未来的研究提供参考。

总之，二氧化钛光催化技术在室内甲醛治理中具有重要的应用价值。

本文通过综述已有的研究，分析存在的问题和挑战，并展望了该技术的未来发展前景，为进一步的研究提供了一定的参考和指导。

这一研究对促进室内环境的改善、保护人体健康具有重要的意义。

二氧化钛光催化技术治理室内甲醛的研究近几年,室内装修的兴起和普及引起了一系列的室内空气污染问题,甲醛作为室内空气中主要的污染物质,越来越受到人们的关注。

在众多甲醛净化方法中,纳米二氧化钛光催化技术因其自身具有稳定性强、可重复使用等优点,在处理空气污染方面有着环保、节能的优势。

本研究对自制改性纳米二氧化钛粉末和Ag/AgCl/TiO₂粉末进行XRD、SEM、TEM表征。

采用自制的反应舱,在反应舱中,用装修板材释放甲醛来模拟新装修的室内环境,分别对改性的纳米二氧化钛粉末和Ag/AgCl/TiO₂粉末进行试验,探究浓度、温度、湿度、光源和二氧化钛的量对甲醛降解的影响。

在研究的基础上,制作成了具有美观和空气净化双重功效的净化板,并探究了粘结剂对甲醛降解的影响、净化板中催化剂的用量模型和催化板的面积模型。

结果如下:（1）自制纳米TiO₂粉末,XRD数据显示,自制的改性纳米TiO₂在300℃、350℃、400℃温度煅烧下晶粒尺寸分别为8.7 nm、10.5 nm和15.5 nm;TEM表征结果显示,自制改性纳米二氧化钛粉末的分散性好,没有出现团聚的现象。

用甲醛模拟污染物,通过研究发现,甲醛的初始浓度越高,其降解速率越快,光催化降解效率随着甲醛浓度的降低而降低;在研究温度和湿度对甲醛降解的影响时发现,25℃是甲醛降解的最佳温度,50%是甲醛降解的最佳湿度;在研究光源对光催化的影响时发现,采用两个紫外灯时甲醛的降解效率达81%以上;在研究二氧化钛的用量时发现,在二氧化钛的用量为40 g时甲醛的降解效率达84%以上。

（2）自制Ag/AgCl/TiO₂粉末用甲醛模拟污染物,XRD数据显示,自制的改性纳米二氧化钛粉体是一种金红石与锐钛矿的混合晶体类型,由谢乐公式计算出的平均粒径是18.3nm;TEM表征结果显示,自制改性纳米二氧化钛粉末出现团聚,没有完全分散开。

大气中甲醛光催化降解微观机理研究甲醛是一种常见的有机污染物，对人体健康和环境造成严重危害。

近年来，光催化技术被广泛应用于甲醛的降解。

本文将介绍大气中甲醛光催化降解的微观机理研究。

光催化降解是利用光催化剂吸收光能，产生电子和空穴，从而引发一系列化学反应，将有机污染物降解为无害物质的过程。

大气中甲醛光催化降解的微观机理研究主要包括以下几个方面：1. 光催化剂的选择光催化剂是光催化降解的核心。

常用的光催化剂包括TiO2、ZnO、WO3等。

这些光催化剂具有良好的光催化活性和稳定性，能够有效地降解甲醛。

其中，TiO2是最常用的光催化剂之一，其光催化活性与晶体结构、晶面结构、晶粒大小等因素密切相关。

2. 光催化反应机理光催化降解甲醛的反应机理非常复杂，涉及到多种反应过程。

一般认为，光催化剂吸收光能后，产生电子和空穴。

电子和空穴在光催化剂表面上发生复合反应，产生氧化还原活性物种，如羟基自由基（•OH）、超氧自由基（O2•-）等。

这些活性物种能够与甲醛分子发生氧化反应，将其降解为CO2和H2O等无害物质。

3. 光催化剂的表面特性光催化剂的表面特性对光催化降解甲醛的效率和选择性有重要影响。

研究表明，光催化剂的晶面结构、晶粒大小、表面缺陷等因素都会影响其光催化活性。

例如，TiO2的（001）晶面结构具有更高的光催化活性，而表面缺陷能够提高光催化剂的选择性。

4. 外部条件的影响外部条件如温度、湿度、气体流速等也会影响光催化降解甲醛的效率和选择性。

研究表明，适当的温度和湿度能够提高光催化剂的活性，而过高的气体流速会降低光催化剂的降解效率。

总之，大气中甲醛光催化降解的微观机理研究是一个复杂而重要的课题。

通过对光催化剂的选择、光催化反应机理、光催化剂的表面特性以及外部条件的影响等方面的研究，可以更好地理解光催化降解甲醛的机理，为其在实际应用中的推广和应用提供科学依据。

光催化反应实验研究光催化反应的效果光催化反应是一种利用光照条件下催化剂的作用，促进化学反应进行的过程。

在过去的几十年里，光催化反应已经成为研究的热点领域之一。

本文将讨论光催化反应实验研究光催化反应的效果，以及其在环境保护和能源领域的应用。

实验准备为了研究光催化反应的效果，我们首先要进行实验前的准备工作。

在实验室中进行光催化反应实验，需要准备催化剂、反应物和光源。

催化剂的选择是关键的一步。

通常来说，催化剂应具有良好的光吸收性能以及高的光催化活性。

常用的催化剂包括二氧化钛（TiO2）、二氧化锌（ZnO）等。

在实验中，我们选择了二氧化钛作为催化剂。

反应物的选择也很重要。

根据需求不同，反应物可以是有机物、无机物或气体等。

在本次实验中，我们选择了甲醛作为反应物，以观察光催化反应对甲醛分解的效果。

光源是实验中的另一个关键因素。

光催化反应需要有足够的光照强度来激发催化剂的光催化活性，从而促进反应进行。

我们使用了紫外灯作为光源，提供足够的紫外线辐射。

实验步骤经过实验准备后，我们进行了以下步骤来研究光催化反应的效果：1. 实验装置搭建：将紫外灯固定在实验室台架上，调整合适的光照位置和角度。

将经过清洗和干燥的反应器与催化剂放置在光源下，并连接好反应器与收集装置。

2. 反应条件设定：根据实验要求，设定反应温度、光照时间和甲醛浓度等反应条件。

保持其它条件不变，以保证实验的可比性。

3. 开始光催化反应：先点亮紫外灯，开始记录光源下的光照强度。

随后注入适量的甲醛溶液到反应器中，并开始计时。

实时记录反应器内的温度变化。

4. 数据记录与分析：在不同的光照时间下，定期取样，并经过特定的分析方法，如高效液相色谱等，来确定甲醛的降解效果。

同时，通过比较不同的反应条件，可以得出光催化反应的最佳条件。

实验结果与讨论通过实验，我们得到了一系列的实验数据。

根据实验结果，我们可以发现光催化反应对甲醛的分解具有良好的效果。

光催化剂在紫外光照射下，能够有效地降解甲醛，并将其转化为无害的物质。

大气中甲醛光催化降解微观机理研究引言大气中存在着众多的有机污染物，其中甲醛是一种重要的挥发性有机物，它对人体健康和环境造成了严重的威胁。

因此，研究甲醛的光催化降解机理具有重要的意义。

本文旨在全面、详细、完整且深入地探讨大气中甲醛光催化降解的微观机理。

光催化降解原理光催化降解是一种通过光照射作用下，光催化剂吸收光能并在其表面产生活性物种，从而降解有机污染物的技术。

研究表明，光催化降解甲醛主要通过以下几个步骤：1.光吸收：光催化剂吸收可见光或紫外光能量，激发电子到较高能级的轨道上。

2.电子-空穴对形成：光激发后的电子被传递到光催化剂表面，并在表面形成电子-空穴对。

3.活性物种生成：电子-空穴对在光催化剂表面上参与反应，产生活性氧物种（如•OH、O2•-），这些活性物种具有强氧化性。

4.活性物种反应：活性氧物种与甲醛分子发生氧化反应，将其降解为无害的物质（如CO2和H2O）。

光催化剂的选择选择合适的光催化剂对于甲醛的光催化降解至关重要。

常用的光催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）和半导体量子点等。

这些光催化剂具有较高的光吸收率和光催化性能，能够有效地将可见光和紫外光转化为活性物种。

光催化降解机理光催化降解甲醛的微观机理主要包括以下几个方面：1. 光生电子-空穴对的产生当光照射到光催化剂表面时，光催化剂吸收光能，导致电子从价带跃迁到导带，形成光生电子-空穴对。

这一步骤是光催化降解的起始点。

2. 活性氧物种的生成光生电子与空穴在光催化剂表面发生复合反应，生成活性氧物种。

其中，光生电子参与电子转移反应，形成活性氧物种，而空穴则参与电荷转移反应。

3. 活性氧物种与甲醛的反应活性氧物种具有很强的氧化性，它们与甲醛分子发生氧化反应，将甲醛降解为无害物质。

其中，•OH是最常见的活性氧物种之一，它与甲醛发生氢原子转移反应，形成甲醛羟基自由基，最终生成CO2和H2O。

实验方法与结果为了研究大气中甲醛的光催化降解机理，研究人员设计了一系列实验并进行了详细的实验分析。

光催化空气净化技术研究随着经济的发展和人口的增长，空气污染越来越成为人们关注的话题。

尤其是在大都市中，汽车尾气、工厂废气等排放物质让空气质量急剧下降，臭氧、二氧化硫等污染物对人体健康产生了巨大的威胁。

为了改善空气质量，科学家们开展了许多研究，其中一项受到广泛关注的技术便是光催化空气净化技术。

光催化空气净化技术是利用光催化材料对空气中有害污染物进行催化氧化分解，使其转化为无害物质或者降解成低毒性的化合物。

这一技术可以有效地降低空气中甲醛、苯等有机污染物的浓度，减轻空气污染给人体健康带来的威胁。

光催化空气净化技术的原理是利用光催化材料吸收紫外线或者可见光，在光照下发生氧化还原反应，从而分解空气中的有害污染物。

常用的光催化材料有二氧化钛、氧化铟、氧化锌等，其中二氧化钛是研究最为广泛的一种，具有良好的光催化活性和化学稳定性。

光催化空气净化技术的特点是操作简单、成本较低、对环境友好。

与传统的空气净化技术相比，光催化空气净化技术无需添加化学试剂，净化过程无二次污染的顾虑，对环境没有负面影响。

此外，光催化空气净化技术可以实现24小时不间断净化，适用于室内空气净化和室外空气净化。

不过，需要注意的是，光催化空气净化技术在应用中仍存在着一些问题。

首先是光催化材料的选择和制备问题。

目前，二氧化钛等光催化材料的制备还存在成本较高、普及率不高等问题。

其次是光催化材料的光催化能力问题。

光催化材料一般需要较高的紫外线或者可见光照射才能发生光催化作用，受到光催化活性和材料本身吸收光的能力限制，光催化效率较低。

最后是光催化反应机理不够清晰，有待深入研究和探索。

总的来说，光催化空气净化技术是一项具有广阔应用前景的环保技术。

在未来的研究中，需要进一步探索更多的光催化材料、提高光催化活性、深入理解光催化反应机理等，以实现光催化空气净化技术的更高效和更广泛的应用。

g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能g-C3N4基光催化复合材料制备及甲醛净化性能摘要：甲醛是一种常见的室内有机污染物，对人体健康会造成一定的危害。

因此，发展高效、低成本的甲醛净化材料具有重要的实际意义。

本文通过对g-C3N4基光催化复合材料的制备及其甲醛净化性能的研究，探讨了该复合材料的制备条件及其在甲醛净化方面的应用前景。

1. 引言室内空气质量直接关系到人们的身体健康，而甲醛是室内环境中常见的有机污染物之一。

研究表明，长期接触高浓度的甲醛会对人的呼吸系统、神经系统和免疫系统等产生不良影响。

因此，开发高效的甲醛净化材料对于室内空气净化至关重要。

2. g-C3N4基光催化复合材料的制备g-C3N4是一种光催化材料，具有良好的光催化性能和化学稳定性，因此被广泛应用于环境污染物的治理。

制备g-C3N4基光催化复合材料的方法有多种，其中包括溶液法、水热法和溶胶凝胶法等。

本文采用水热法制备了g-C3N4基光催化复合材料。

具体制备步骤如下：将尿素与硝酸铜溶液混合，在热水浴中加热搅拌，得到蓝色沉淀。

之后，将蓝色沉淀经过洗涤和干燥处理，得到g-C3N4基光催化复合材料。

3. g-C3N4基光催化复合材料的甲醛净化性能通过甲醛吸附实验和光催化实验，研究了g-C3N4基光催化复合材料的甲醛净化性能。

实验结果表明，g-C3N4基光催化复合材料对甲醛有很好的吸附性能，可显著降低甲醛浓度。

同时，当材料暴露在紫外光照射下时，其光催化性能能够进一步提高，对甲醛的降解效果更显著。

这是因为g-C3N4基光催化复合材料具有良好的光吸收性能和光生电子-空穴对的分离能力，可有效提高催化反应的速率。

4. 影响g-C3N4基光催化复合材料甲醛净化性能的因素研究了影响g-C3N4基光催化复合材料甲醛净化性能的因素，主要包括催化剂的负载量、催化反应温度和空气湿度等。

结果表明，适当增加催化剂的负载量和提高催化反应温度有助于提高甲醛的降解率。

TiO2结合纳米光催化治理甲醛的研究【摘要】笔者首先介绍了目前室内空气污染的现状，后重点分析了甲醛污染物的来源及对人体的危害。

分析了目前主流的各种处理技术：吸附过滤净化技术、新型等离子体技术、臭氧技术及光催化技术并系统的分析了其各自优缺点。

光催化技术是经济可行，效率高、副危害系数小的处理技术。

TiO2结合纳米光催化技术在处理甲醛方面具有不可忽视的良好效果，是具有良好发展前景的处理技术。

【关键词】TiO2 甲醛纳米光催化1室内空气状况随着社会经济的发展以及人们生活水平的提高，环境保护越来越受到人们的关注。

虽然大气污染物主要存在于室外，但是由于人们长期生活在室内空间。

因此人们主要受到源于室内的空气污染。

目前城市空气中的年平均浓度大约是0.005mg/m3-0.012mg/m3之间，通常不超过0.03mg/m3。

目前室内甲醛的来源一是来自于燃料的不完全燃烧，二是来自装饰材料及家用化学品、建筑材料的释放。

其中室内装饰材料及家具的污染是目前造成室内空气污染的主要来源。

油漆、胶合板、泡沫填料、内墙涂料、塑料贴面等装修材料中含挥发性有机化合物高达350多种。

由于甲醛与其它树脂具有较强的粘合性特性，同时还具有加强板材的强度及防虫、防腐的功能。

因此目前装修用人造板大多使用以甲醛为主要成分的脲醛树脂作为胶粘剂。

板材中残留以及未参与反应的甲醛会逐渐向外界环境释放是形成室内空气中甲醛污染的主要渠道与来源。

日常生活用品如：消毒剂、液化石油气、清洗剂等也是室内甲醛污染的途径。

另外室内有机物污染对人体健康的影响主要为以下3种：气味等感觉效应；粘膜刺激及基因毒性；致癌性。

2室内空气污染净化技术为了改善室内空气质量，创造健舒适健康的室内生活环境。

目前已发展了多种空气净化技术用来去除室内空气中的颗粒物、微生物和气体污染物。

下面就其中主要技术简单介绍一下。

（1）吸附过滤净化技术：属于物理处理方法。

针对室内pmx物质主要采用静电除尘、机械过滤以及离子除尘等技术进行处理。

可见光光催化陶瓷板对室内空气中甲醛的去除研究*武士川1,2(1蒙娜丽莎集团股份有限公司广东佛山528211)(2广东省大尺寸陶瓷薄板企业重点实验室广东佛山528211)摘要笔者以纳米二氧化钛(T i O2)为光催化剂,制备纳米二氧化钛光催化涂层液,并采用喷涂的方式制备可见光光催化陶瓷板,探究其对室内空气中甲醛的去除效果㊂采用粉末X射线衍射仪(X R D)和场发射扫描电镜(S E M)对纳米二氧化钛及可见光光催化陶瓷板结构性质进行表征㊂探讨了涂层中二氧化钛含量㊁光照强度㊁光催化时间等对陶瓷板催化去除室内空气中甲醛的影响㊂实验结果表明,纳米二氧化钛均匀分布在涂层中,同时纳米二氧化钛涂层具有良好的耐洗刷性能,适当次数的洗刷有利于提高光催化性能;另外,涂层中二氧化钛含量㊁光照强度㊁光催化时间对室内空气中甲醛的光催化效率起到正向作用㊂由以上结果可知,本研究制备的可见光光催化陶瓷板涂层具有良好的耐久性并且具有优异的可见光光催化性能㊂关键词建筑陶瓷二氧化钛光催化涂层甲醛中图分类号:T Q174.76文献标识码:A 文章编号:1001-9642(2023)10-0073-06R e m o v a l o f F o r m a l d e h y d eF r o mI n d o o rA i r b y V i s i b l eL i g h t P h o t o c a t a l y t i cC e r a m i cP l a t eW uS h i c h u a n1,2(1M o n a l i s aG r o u p C o.L t d,G u a n g d o n g,F o s h a n,528211,C h i n a)(2P o s t d o c t o r a l R e s e a r c hC e n t e r,M o n a l i s a G r o u p C o.L t d,G u a n g d o n g,F o s h a n,528211,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s p a p e r,n a n o t i t a n i u md i o x i d e(T i O2)w a s u s e d a s p h o t o c a t a l y s t t o p r e p a r e n a n o t i t a n i u md i o x i d e p h o t o c a t-a l y t i c c o a t i n g s o l u t i o n,a n dv i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i cc e r a m i c p l a t e w a s p r e p a r e db y s p r a y i n g,t oe x p l o r et h er e m o v a l e f f e c t o f f o r m a l d e h y d e i n i n d o o r a i r.T h e s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f n a n o-s i z e d t i o2a n d v i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i c c e r a m i c p l a t e sw e r e c h a r a c t e r i z e db yp o w d e rX-r a y d i f f r a c t i o n(X R D)a n df i e l de m i s s i o ns c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y(S E M). T h e e f f e c t s o f t i t a n i u md i o x i d e c o n t e n t,l i g h t i n t e n s i t y a n d p h o t o c a t a l y t i c t i m e o n t h e r e m o v a l o f f o r m a l d e h y d e f r o mi n d o o r a i r b y c e r a m i c p l a t ew e r e i n v e s t i g a t e d.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e n a n o-T i O2c o a t i n g i s e v e n l y d i s t r i b u t e d i n t h e c o a t i n g,a n d t h e n a n o-T i O2c o a t i n g h a s g o o dw a s h i n g r e s i s t a n c e,a n d t h e a p p r o p r i a t e n u m b e r o fw a s h i n g i s b e n e f i c i a l t o i m p r o v e t h e p h o t o c a t a l y t i c p e r f o r m a n c e.I na d d i t i o n,t h e c o n t e n t o f t i t a n i u m d i o x i d e i nt h e c o a t i n g,l i g h t i n t e n s i t y a n d p h o t o c a t a l y t i c t i m eh a v e a p o s i t i v e e f f e c t o n t h e p h o t o c a t a l y t i c e f f i c i e n c y o f f o r m a l d e h y d e i n i n d o o r a i r.A c c o r d i n g t o t h e a-b o v e r e s u l t s,t h ev i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i c c e r a m i c p l a t e c o a t i n gp r e p a r e d i n t h i s s t u d y h a s g o o dd u r a b i l i t y a n de x c e l l e n t v i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i c p e r f o r m a n c e.K e y w o r d s:A r c h i t e c t u r a l c e r a m i c s;T i t a n i u md i o x i d e;P h o t o c a t a l y t i c c o a t i n g;F o r m a l d e h y d e随着人们生活水平的提高,室内装修越来越普遍,装修用材越来越复杂,室内空气污染与治理成为人类居住环境新的热点话题㊂室内装修主要空气污染物包括甲醛㊁苯系物㊁氨气㊁T V O C㊁放射性和异味等,其中,甲醛被认为是室内空气污染物中最常见㊁危害最大的物质,主要来源于室内装修所用的人造木质板材㊁涂料㊁皮具㊁布料㊁胶水以及油漆等㊂室内人造板中甲醛的释放期一般为3~15年㊂甲醛(化学式H C HO)是一种无色㊁有强烈刺激性气味的气体,人体可感受的浓度值为0.06~1.2m g/m3,当室内甲醛浓度大于0.08 m g/m3时,易引起头晕㊁胸闷㊁呼吸不畅;中国在2020年新颁布国标G B50325民用建筑工程室内环境污染控制标准中明确规定,一类民用建筑室内甲醛的浓度必须低于0.07m g/m3㊂因此提高室内空气质量必须得到广泛的重视㊂目前,室内甲醛污染的处理方法包括植物吸收法㊁化学吸收法㊁吸附法㊁光催化氧化法㊁臭氧氧化法等[1~5],其中,光催化氧化法被认为是经济㊁高效㊁持久㊁安全㊁绿色的室内空气净化方式之一㊂室㊃37㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷C e r a m i c s*作者简介:武士川(1990-),硕士研究生,工程师;主要研究方向为环保新材料㊁纳米新材料和有机无机复合材料的开发及其在新型功能陶瓷㊁室内空气净化领域的应用㊂内光催化氧化的核心是可见光催化剂㊂纳米二氧化钛(T i O2)由于具有较高的化学稳定性㊁热稳定性和产物无二次污染等众多优点,被认为是室内环境治理领域最具开发前途的环保型光催化材料㊂二氧化钛的晶型结构晶型的结构影响着光催化性能,一般分为有锐钛矿型㊁金红石型和板钛矿型,其中,锐钛矿型纳米T i O2的光催化性能最高㊂目前已经有大量研究证明锐钛矿型纳米T i O2在室内空气治理领域具有良好的效果[6~10]㊂陶瓷板材因其极佳的装饰效果以及超耐用㊁易清洁㊁易打理等优点被广泛应用在室内地面及墙面的装修中㊂陶瓷板材自身不具有光催化活性,需要引入光催化剂或者经过后处理方式实现㊂陶瓷板材通常需要经过超1200ħ的高温烧制,在这样的温度下,光催化会分解或者发生相变,再加上釉层玻璃相的侵蚀,光催化剂极易失活,因此将光催化剂直接加入釉层烧制的思路目前几乎无法实现㊂后处理方式主要是在陶瓷板材表面制备光催化涂层,杨等将光催化剂引入蜡层,采用打蜡和高压喷射的方式将光催化剂固定在蜡层内部和蜡层表面,制备得到了具有光催化功能的大理石瓷砖㊂但是该方法的使用需要前提条件,其一是陶瓷板材需要打蜡,其二是蜡层需要一定的厚度㊂而目前陶瓷板材品类众多,干粒面㊁仿古面㊁自然面等陶瓷砖表面无需打蜡,柔光面的瓷砖蜡水用量少,表面无法形成连续的蜡层㊂因此,采用喷涂方式制备光催化涂层具有广谱性和实际意义㊂本研究旨在利用纳米二氧化钛优异的光催化效果,研发适用于陶瓷板材的纳米二氧化钛涂层液,采用喷涂方式在陶瓷板材上制备光催化的涂层,探究涂层的耐久性㊁稳定性及其对室内空气中甲醛的催化去除效果㊂实验结果可为制备具有可见光催化性能的陶瓷板材应用于室内空气污染治理方面提供参考以及理论依据㊂1材料与方法1.1实验药品及试剂本实验所用的纳米二氧化钛(20n m,99%)购买于上海巷田纳米材料有限公司,改性丙烯酸乳液购买于广州瑞麟新材料有限公司,瓷砖为蒙娜丽莎集团股份有限公司产品,实验所用其他药品及试剂均为分析纯,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(K H560,97%),甲基纤维素(M C,15m P a㊃s)㊁无水乙醇(C H3C H2O H,99%)㊁甲醛溶液(H C HO,40%)及聚乙二醇(P E G-1000,99%)购置于上海阿拉丁生化科技股份有限公司,实验用水为纯水㊂1.2纳米二氧化钛涂层液及陶瓷板涂层的制备称取10.0g M C于烧杯中,加入10.0g无水乙醇,搅拌10m i n后,加入30.0g去离子水,搅拌直至M C 完全溶解,得到20%M C溶液㊂然后分别称取1.0g㊁3.0g和5.0g纳米二氧化钛粉末于250m L烧杯中,依次加入36.0g㊁34.0g和32.0g去离子水,搅拌超声分散后,每个烧杯中加入1.0g K H560㊁2.0g P E G-1000和10.0g20%的M C溶液,继续搅拌混合均匀后,加入50.0g改性的丙烯酸乳液,搅拌混合均匀后,得到涂层液,编号为L1㊁L2和L3㊂切取边长为10c mˑ40c m的长方形纯白色抛釉砖若干,先后用去离子水和无水乙醇清洗干燥后待用㊂使用蓝牌186枪式喷笔进行喷涂,喷嘴口径0.5mm,喷距15c m,喷涂方式为由下到上和由上到下往复共计2次㊂喷涂结束后,于100ħ鼓风干燥箱中干燥30 m i n,得到纳米二氧化钛陶瓷板,编号为S1㊁S2和S3㊂1.3纳米二氧化钛陶瓷板涂层的表征采用粉末X射线衍射仪(X R D,E m p y r e a n锐影,荷兰帕纳科公司),场发射扫描电镜(S E M,M e r l i n,德国蔡司公司)对制备的样品进行表征,场发射扫描电镜配有X射线能谱扫描仪(E n e r g y D i s p e r s i v eS p e c-t r o m e t e r,E D S),可以配合扫描电镜使用,在用扫描电镜进行样品表面形貌的观察时,同时用能谱仪对材料微区成分元素种类㊁含量及分布进行分析㊂X R D采用C uKα射线(λ=1.5418Å),扫描步长0.0131ʎ,扫描速度9.664s/步,扫描范围为10~80ʎ㊂1.4光催化降解甲醛实验及测试方法光催化降解甲醛实验在1.5m3的长方体亚克力材质实验舱中进行,舱顶盖可打开,每个面均用黑色牛皮纸包贴,防止漏光㊂实验舱示意图如图1所示,甲醛在线检测仪为元特S K Y8000甲醛气体分析仪,采用电化学检测法,检测范围0~20m g/m3,检测精度0.01 m g/m3,光源为L E D(佛山照明电器股份有限公司)㊂实验过程如下,实验前,清理实验舱并检查各电路是否通电,然后校准甲醛在线检测仪,确认装置正常后,然后加入适量的甲醛溶液,关闭顶盖后开启加热板5 m i n,使甲醛溶液挥发,然后开启循环风扇,10m i n后开启甲醛在线监测仪记录舱内甲醛的初始浓度并开启㊃47㊃陶瓷C e r a m i c s(陶瓷研究)2023年10月光源,开始计时,定时记录数据,24h 后停止记录,检验实验舱的密闭性和甲醛自然衰减率㊂测试陶瓷板样品时,步骤同上,首先放入待测样品,10m i n 后开启甲醛在线监测仪记录舱内甲醛的初始浓度,接着开启光源,定时记录数据即可㊂1.5 光催化降解甲醛实验及测试方法图1 光催化降解甲醛实验测试舱示意图图2 纳米二氧化钛的S E M 表征图(a )和X R D 表征图(b) 用陶瓷板涂层的耐久性测试参照G B /T9266-2009建筑涂料涂层耐洗刷性的测定,洗刷仪器为上海普申化工机械有限公司P S2730建筑涂料耐洗刷仪,行程长度300mm ,擦洗速度37c p m ,毛刷尺寸90ˑ38mm ,毛刷负载450g ,洗刷液体为0.5%的洗衣粉溶液(pH 值为9.8),试板尺寸430ˑ150mm ㊂使用L 1㊁L 2和L 3涂层液分别制作耐洗刷样品,每个涂层液制作2片待测㊂耐洗刷次数为0次㊁500次㊁2000次㊁5000次和10000次,编号为S 1-0~4;S 2-0~4和S 3-0~4㊂再测试陶瓷板材的光催化降解甲醛的性能㊂2 结果与讨论2.1 材料表征部分根据已有研究,锐钛矿纳米二氧化钛的X R D 主要特征峰在25.3ʎ(101晶面)㊁37.8ʎ(004晶面)和48.1ʎ(200晶面),同时在54.0ʎ㊁55.1ʎ㊁62.8ʎ㊁68.8ʎ㊁70.3ʎ和76.1ʎ有特征峰12㊂由X R D 表征结果可以看到,图2a 中出现了锐钛矿纳米二氧化钛的主要特征峰和特征峰,峰位准确,峰形尖锐,说明纯度较高㊂另外,图中40ʎ~45ʎ之间出现两个弱杂峰,可能是含有极少量金红石相二氧化钛㊂利用S E M 对纳米二氧化钛进行形貌分析,结果如图2b 所示,可以看到纳米二氧化钛呈不规则颗粒状,相互堆积在一起㊂图3为制备纳米二氧化钛涂层前后砖面的2000倍的微观形貌,可以看出未喷涂涂层前,砖面具有十分多的凹坑缺陷,喷涂纳米二氧化钛涂层后,砖面被带有纳米二氧化钛的膜层覆盖;另外,可以发现,纳米二氧㊃57㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷 C e r a m i c s化钛粒子不仅分布在膜层表面,也分布在膜层内部,而且随着涂层液中纳米二氧化钛含量的增加,砖面二氧化钛粒子明显增多,团聚现象也越来越明显㊂图3 喷涂前后砖面的S E M 图,喷涂前(a );S 1(b );S 2(c );S 3(d)表1 元素组成表(a)元素质量百分比(%)原子百分比(%)C 9.1416.03O37.5949.46N a 1.581.45M g 2.271.97A l 6.535.10S i 25.1918.88K2.321.25C a 8.204.31Z n2.720.88B a4.440.68总量:100.00100.00 图4和表1~表3为E D S 元素分析结果,可以看出喷涂前,砖表面由C ㊁O ㊁N a ㊁M g ㊁A l ㊁S i ㊁K ㊁C a ㊁Z n ㊁B a 等多种元素组成,喷涂二氧化钛涂层后,砖表面被膜层覆盖,膜层由C ㊁O ㊁S i 和T i 等元素组成㊂另外,对于S 2样品,选择两个不同的区域进行E D S 分析,其中T i 元素的含量分别约3.75%和3.74%,表明纳米二氧化钛在膜层表面分布比较均匀㊂表2 元素组成表(b)元素质量百分比(%)原子百分比(%)C 73.9881.95O18.0615.02S i 4.201.99T i3.751.04总量100.00100.00表3 元素组成表(c)元素质量百分比(%)原子百分比(%)C 71.6479.85O20.4617.12S i 4.161.98T i3.741.05总量100.00100.002.2 光催化降解甲醛性能测试2.2.1 时间及光照强度对甲醛降解效率的影响在24h 测试周期中选取13个点记录数据,光源选用10W ㊁30W 和50W3种不同功率的L E D 灯,测试环境温度为20ħ,湿度为50%,甲醛溶液的添加量为3μL ,陶瓷板选用S 2,共4块,平铺在底面㊂结果如㊃67㊃ 陶瓷 Ce r a m i c s (陶瓷研究)2023年10月图4 E D S 元素组成分析,喷涂前(a );S 2局部(b 和c)图5所示㊂空仓检验实验舱的密闭性和甲醛的自然衰减率,测试三次,取平均值计算得到结果,24h 内甲醛浓度从1.24m g /m 3降至1.14m g/m 3,衰减率为8.06%,在后续计算甲醛降解率时,以1.14m g/m 3作为图5 光照时间及光照强度对甲醛降解效率的影响实验舱内甲醛的初始浓度㊂由图2可以看出,光源的功率越大,相同时间下对甲醛的降解率越高,10W ㊁30W 和50W L E D 光源24h 对应甲醛的降解率分别为53.5%㊁65.8%和79.8%,这是因为光照强度越大,光图6 二氧化钛含量对甲醛降解效率的影响照强度越大,价带上的电子受到的能量就越大,更多的电子受到激发开始跃迁,使得更多的电子-空穴对形成,更多的活性自由基和活性氧生成,提高了改性T i O 2的光催化降解能力㊂另一方面,可以看出在前120m i n 内,甲醛降解速率较快,随着时间的延长,甲㊃77㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷 C e r a m i c s醛降解速率逐渐降低,这是因为开始一段时间内,甲醛浓度较高,甲醛分子与陶瓷板表面接触的概率较大,随着时间延长,甲醛浓度越来越低,使得剩余的甲醛分子与陶瓷板表面接触概率越来越低㊂2.2.2二氧化钛含量对甲醛降解效率的影响在24h测试周期中选取13个点记录数据,光源选用30W L E D灯,测试环境温度为20ħ,湿度为50%,甲醛溶液的添加量为3μL,陶瓷板分别选用S1㊁S2和S3,每次测试使用4块,平铺在底面㊂结果如图6所示㊂可以看出,陶瓷板面中二氧化钛含量越高,相同时间甲醛的降解率越高,因为陶瓷板在受到光激发时,单位面积产生的自由基数量增多㊂2.2.3陶瓷板耐久性测试结果洗刷达到相应的次数后,对洗刷后的陶瓷板材进行光催化降解甲醛性能测试,光源为30W的L E D 灯,测试温度20ħ,测试湿度50%,每种陶瓷板样品图7陶瓷板光催化涂层耐久性测试结果数量4块,测试周期为24h,取24h时的数值㊂结果如图7所示㊂从图7中可以看出陶瓷板S1㊁S2和S3在经过500次和200次洗刷之后,24h的光催化降解甲醛效率都有一定的提升,说明纳米二氧化钛在陶瓷板涂层中不是只分布在表面,而是均匀分布在整个涂层中㊂另外,说明涂层表面的部分纳米二氧化钛未裸露出来,经过洗刷之后,纳米二氧化钛被暴露在空气中,增加了光催化活性点㊂S1经过5000次和10000次洗刷之后,光催化降解甲醛性能明显下降,说明涂层被部分的洗刷掉,同时S2和S3经过同样次数的洗刷,光催化降解甲醛的性能并未下降,表明纳米二氧化钛的在涂层中含量的增加,可以增加涂层的耐摩擦㊁耐洗刷性能㊂①研制出适用于陶瓷板材表面处理的纳米二氧化钛涂层液,采用喷涂方式制备了光催化陶瓷板材,喷涂纳米二氧化钛涂层后,砖面被带有纳米二氧化钛的膜层覆盖,纳米二氧化钛粒子不仅分布在膜层表面,也分布在膜层内部㊂②涂层中纳米二氧化钛含量的增加能够膜层的耐磨性和耐洗刷性能,涂层与陶瓷板材具有较好的结合力,洗刷超过10000次,光催化性能稳定㊂涂层中二氧化钛含量㊁光照强度㊁光催化时间对室内空气中甲醛的光催化效率起到正向作用㊂参考文献[1]余晓兰.纳米二氧化钛喷液在室内空气净化中的应用研究[D].北京:北京化工大学,2006.[2] V i z h e m e h rA K,H a g h i g h a tF.M o d e l i n g o f g a s-p h a s e f i l t e rm o d e l f o r h i g h-a n d l o w-c h a l l e n g e g a s c o n c e n t r a-t i o n s[J].B u i l d i n g&E n v i r o n m e n t,2014,80(10):192-203.[3] Z h o n g L,L e eCS,H a g h i g h a t F.A d s o r p t i o n p e r f o r m-a n c e o f t i t a n i u md i o x i d e(T i O2)c o a t e d a i r f i l t e r s f o r v o l a t i l e o r-g a n i c c o m p o u n d s[J].J o u r n a l o fH a z a r d o u s M a t e r i a l s,2012,243(12):340-349.[4] B a h r iM,H a g h i g h a tF.P l a s m a‐B a s e dI n d o o rA i rC l e a n i n g T e c h n o l o g i e s:T h eS t a t eo ft h e A r t‐R e v i e w[J].C L E A N–S o i l,A i r,W a t e r,2014:42.[5] S m i t hK R.I n d o o r a i r p o l l u t i o n i nd e v e l o p i n g c o u n-t r i e s:R e c o mm e n d a t i o n sf o rr e s e a r c h[J].I n d o o r A i r,2010,12 (3):198-207.[6]李萌,张志焜,崔作林.镧掺杂纳米T i O2薄膜的制备及对甲醛的光催化降解[J].青岛科技大学学报(自然科学版), 2004(2):144-148.[7]鞠剑峰,施磊,李澄俊,等.纳米T i O2-WO3的制备及对甲醛的光催化降解[J].精细化工,2004(3):181-184.[8]王勇,张艳,赵亚伟,等.纳米T i O2的制备及其改性和应用研究进展[J].化学研究,2010,21(2):6-8.[9] L i uZ,G u o B,H o n g L,e ta l.P h y s i c o c h e m i c a la n d p h o t o c a t a l y t i c c h a r a c t e r i z a t i o n so fT i O2/P t n a n o c o m p o s i t e s[J]. J o u r n a l o f P h o t o c h e m i s t r y&P h o t o b i o l o g y AC h e m i s t r y,2005, 172(1):81-88.[10] W a n g C,S h a n g H,T a oY,e t a l.P r o p e r t i e s a n dm o r-p h o l o g y o fC d Sc o m p o u n d e dT i O2v i s i b l e-l i g h t p h o t o c a t a l y t i c n a n o f i l m s c o a t e d o n g l a s s s u r f a c e[J].S e p a r a t i o n a n dP u r i f i c a t i o n T e c h n o l o g y,2003,32(1):357-362.[11] T a n k s a l eA,B e l t r a m i n i JN,L u G.Ar e v i e w o fc a t a l y t i ch yd r o ge n p r o d u c t i o n p r o c e s s e sf r o m b i o m a s s[J].R e-n e w a b l e&S u s t a i n a b l e E n e rg y R e v i e w s,2010,14(1):166-182.㊃87㊃陶瓷C e r a m i c s(陶瓷研究)2023年10月。