降解甲醛（精选八篇）
降解甲醛 篇1
近二十年,各国研究了低温等离子体处理无机和有机废气技术,其中包括电晕放电法、介质阻挡放电法、表面放电法、铁电极填充床式反应器等[11,12,13,14,15]。但是电晕法电晕区小,难以获得稳定且能耗低的等离子体;介质阻挡法分解效率低[16];表面放电法结构复杂、放电空间不大、处理效率不高、易污染电极。
高频感应耦合反应器具有无电极污染、可生成纯净的等离子体、放电容易[17]等特点。甲醛分子C-H 的电子能量小于5 eV[18],C=O的键能虽然很大,但甲醛降解时C=O不被打开,输入等离子体的能量绝大部分被用来打开两个键能仅为3.84 eV的C-H[19]。而在冷等离子体中大多数高动能电子的能量为1～10 eV,这就使得具有适宜动能的电子直接轰击甲醛分子生成·CHO成为可能,由此得到甲醛的高分解率。
本工作研究了高频感应耦合等离子体在不同放电参数下对甲醛去除率的影响,得出了各参数对甲醛去除率的影响规律。
1 实验部分
1.1试剂和仪器
甲醛标准气体:40 L,10.0 MPa;干燥空气:40 L,13.6 MPa。
JG-1KW-C型电源:长春星达电子仪器厂;4160-19.99m型甲醛分析仪:美国INTERSCAN公司;WJ-60B型烟气综合分析仪:青岛崂山电子仪器总厂。
1.2等离子体反应器
本工作自行设计外电极式感应耦合等离子体反应器,见图1。反应管为石英管,长1 000 mm,外径100 mm,内径94 mm;反应电极为空心铜管,外径5 mm,内径2 mm,空心铜线圈均匀环绕在石英管上,平行铜线间距为2 mm,总线圈数为9圈。将线圈通13.56 MHz的高频电压后产生感应耦合等离子体。
1.3实验方法
实验装置示意见图2。干燥空气与甲醛标准气体经流量计计量后通过混合器进入等离子体反应器,反应后气体由排出口排出。
1.4分析方法
采用甲醛分析仪测定甲醛浓度,计算甲醛去除率;采用烟气综合分析仪测定SO2,NO,CO,NO2等有害气体浓度。
2 结果与讨论
2.1感应耦合放电观察
感应耦合等离子体反应器放电照片见图3。由图3可见:当输入功率为50 W时,开始发生放电现象,放电发生在线圈电极内部及附近,产生均匀等离子体,近处呈现白雾状,远处呈紫色;随着输入功率的增加,放电逐渐向石英管两边扩延,中间放电更加明亮强烈;当输入功率增至100 W时,放电充满整个石英管,中间区域呈现白色等离子体,反应器周围呈现紫色,电极两边等离子体区域不均匀。
2.2输入功率对甲醛去除率的影响
在甲醛初始体积分数为2.55×10-5、气体流量为1 L/min的条件下,输入功率对甲醛去除率的影响见图4。由图4可见:随着输入功率的增加,甲醛去除率逐渐增加;当输入功率为50 W时,甲醛去除率达83.8%;当输入功率为100 W时,甲醛去除率达99.3%。
当气体压强一定时,增加输入功率的同时放电空间的电磁场将加强,电子从电磁场中获得的能量也增加,电子温度上升,与此同时电子与其他粒子的碰撞率亦增加,能量损失增多。总体而言,电子温度随放电功率的改变不大,但电子从电磁场中获得的能量增加可使其与中性粒子碰撞电离的几率增大,产生更多的电子、自由基和活性粒子。因此,等离子体密度随放电功率的增加而增大,从而增加了它们与气体分子的非弹性碰撞,提高了去除率。Lee等[20]对等离子体的各种参数进行研究时得出的结论也证明了这一点。
2.3气体流量对甲醛去除率的影响
在甲醛初始体积分数为2.55×10-5的条件下,气体流量对甲醛去除率的影响见图5。由图5可见,随气体流量的增加,甲醛去除率降低;当输入功率为70 W、气体流量为1 L/min时,去除率达85.3%,气体流量为5 L/min时,去除率为65.5%;输入功率为100 W、气体流量为1 L/min时,去除率为99.3%,气体流量为5 L/min时,去除率为68.2%。
在相同输入功率的条件下,气体流量越小,产生的高能电子、·O、·OH等活性粒子得到电场的充分加速,能量越大,同时甲醛分子在反应器中的停留时间就越长,因此与活性粒子碰撞的几率就越大,其去除率就会提高。气体流量越大,气体分子来不及被激发活化就离开等离子体反应器,同时引发碰撞的高能电子被加速的时间缩短,使得反应物转化率降低。
2.4甲醛初始体积分数对去除率的影响
在输入功率为100 W、气体流量为5 L/min的条件下,甲醛初始体积分数对去除率的影响见图6。由图6可见:甲醛去除率随甲醛初始体积分数的增加而降低;当甲醛初始体积分数为1.28×10-5时,甲醛去除率为78.7%;当甲醛初始体积分数为3.83×10-5时,甲醛去除率降为61.2%。在相同条件下,甲醛初始体积分数越大,意味着甲醛分子越多,其与活性粒子的碰撞机会增多,所以甲醛的去除总量越大,能量利用率较高,但是去除率降低。
3 结论
a)采用外电极式感应耦合放电等离子体对甲醛废气进行处理。高频感应耦合放电随着输入功率的增加而变得强烈。
降解甲醛 篇2
催化转化-生物降解法处理高浓度甲醛废水
摘要：提出了催化转化-生物降解法处理高浓度甲醛废水的新方法.研究发现,在温度为70 ℃,催化转化剂与甲醛摩尔比为 1:5,反应30 min,废水中甲醛去除率可达99.96%.预处理后的.甲醛废水BOD5/CODcr值由0.12升至0.50,甲醛浓度＜3 mg/L,大大提高了废水的可生化性.实验结果还表明,在采用生物降解法处理预处理后的甲醛废水过程中,当温度为35～40 ℃,pH值为7.0～7.5,水力停留时间(HRT)为9～12 h时,厌氧反应器有机负荷(OLR)为8.0～10.0 kg/(m3・d),好氧反应器OLR为1.0～2.0 kg/(m3・d),CODcr总去除率达到98.81%,出水COD<100 mg/L.该方法具有工艺简单、处理效率高和成本低等特点,有极高的实际应用价值.作 者：刘艳 朱振中 周良 LIU Yan ZHU Zhen-zhong ZHOU Liang 作者单位：刘艳,朱振中,LIU Yan,ZHU Zhen-zhong(江南大学,化学与材料工程学院,江苏,无锡,214122)周良,ZHOU Liang(江南大学,生物工程学院,江苏,无锡,214122)
期 刊：应用化工 ISTIC Journal：APPLIED CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：2010, 39(9) 分类号：X703.1 关键词：甲醛废水 催化转化 厌氧处理 好氧处理居室中甲醛气体的检测和降解研究 篇3
关键词：居室；甲醛气体；检测；降解
中图分类号： R134+.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-96-2
1 室内甲醛污染的危害及来源
1.1 室内甲醛污染的危害
甲醛是一种无色的，对呼吸系统有强烈刺激性的有害气体，其易溶于水，但有很强的挥发性，是当前室内空气污染的主要有害成分之一。甲醛对人体的危害首先是对呼吸道、眼睛、皮肤有强烈的刺激作用，会导致各类过敏症状。其次，甲醛与空气游离的氯离子化合会生成二氯甲醛醚，是危险的高致癌物质。当空气中甲醛含量达到600ppm以上就会导致呼吸道炎症，浓度进一步增加则会导致更加严重的呼吸道病症并导致恶心、呕吐，当甲醛浓度超过30mg/N3时，会直接使人中毒死亡。长期在甲醛环境中生活，会导致呼吸道与皮肤癌症患病概率远高于常人。
1.2 室内甲醛污染的来源
通常室内空气甲醛污染的来源来自于建筑与装修材料产生的污染，通常是含有机合成物质的材料会释放挥发性气体类污染物，甲醛与苯是主要的污染成分。产生甲醛污染的材料通常有以下几类：
①隔热材料。隔热材料一般分为无机与有机两类。无机隔热材料主要是石棉、矿棉和玻璃纤维，这些材料一般不造成甲醛污染。另外一类则是有机隔热材料，主要有聚苯乙烯、聚氨酯等合成材料制成的泡沫塑料等。这些高分子有机合成材料制成的泡沫塑料在较高气温下会分解，而且使用较长时间后，也会自行分解出甲醛、苯和氯乙烯等有害气体。
②壁纸及黏结剂。当前，墙面装修中壁纸是最为常用的一类材料，壁纸的材料有些采用化纤纺织而成，本身会释放甲醛等污染物。另外，粘贴壁纸所用的黏结剂更是产生甲醛与苯类有害气体的一大污染源。这些黏结剂多含环氧树脂、酚醛树脂或者聚乙烯醇甲醛等物质，在凝固过程中会挥发大量甲醛，凝固后随着时间老化后也会分解产生有害气体。
③涂料。涂料的成分中包括颜料、溶剂、成膜物质等，较为复杂。其中的溶剂大多是挥发性很强的有机合成物质，这些溶剂的作用是将成膜物质溶解，易于涂抹，在涂料被涂抹并成膜凝固后，这些溶剂就会在这个过程大部分挥发，因此造成严重的甲醛以及其他类有害气体污染。
④人造板材。人造板材是采用木材碎屑与胶黏剂制造的再生材料，其胶黏剂主要为脲醛树脂和酚醛树脂，这些胶黏剂会挥发出大量甲醛，可以说是室内甲醛污染的最大污染源。与涂料等其他污染源不同之处在于，人造板会长期持续挥发甲醛气体，其释放量大、持续时间长。
2 室内甲醛污染的检测
甲醛测定的方法有比色法、色谱法、电化学法、荧光法等。其具体特点如下：
2.1 比色法
也称为分光光度法，由于性价比高，是应用最广泛的甲醛检测手段。有专门的国家标准GB/T18024.26《酚试剂分光光度法》对其操作与试验进行了详细的规范。其测定步骤如下：
①获取待测甲醛溶液。采用酚试剂水溶液作为吸收液，一般采用0.1g酚试剂融于100ml的蒸馏水中，每次取5ml溶液稀释至100ml作为吸收液。酚试剂溶液配置后可以保存，但为了保证准确度，稀释的吸收液必须检测前调配。
待测甲醛采集图
②显色测试。利用硫酸铁铵溶液对甲醛酚试剂溶液在酸性条件下进行显色，采用10g/L浓度硫酸铁铵溶液，与待测溶液以1∶10的比例进行滴定，并加入待测溶液两倍体积的0.1mol/L盐酸。之后，将溶液在常温下静置20分钟，在可见光范围（400nm～760nm波长）进行扫描，获得吸收光谱，然后根据分光光度试验规范要求，获得多组不同显色时间的吸收光谱，进行甲醛浓度标定值的比对。
2.2 色谱法
色谱法分为气相色谱法、高效液相色谱法、离子色谱法等。气相色谱法的原理是利用涂有2-硝基苯肼的担体在酸性条件下，吸附空气中的甲醛生成稳定的甲醛腙，经CO2脱洗，利用氢火焰离子化验进行检测。液相色谱法在获得甲醛腙之后，用CHCl3进行提取，用稀释甲醇脱洗，经色谱柱分离后在流动相中测定，其灵敏度高但成本高昂。离子色谱法以氢氧化钾溶剂作为介质，将甲醛氧化成甲酸，通过测定甲酸离子浓度来测定甲醛浓度。
2.3 电化学法
电化学法分为示波极谱法和吸附伏安法。示波极谱法利用甲醛与氨以及乙酰丙酮的反应物在电极上还原产生的还原波进行甲醛浓度的快速标定。吸附伏安法则利用缓冲溶液获得甲醛与格式试剂的反应物吸附在电极表面，产生的伏安特性变化来进行甲醛的监测。
3 甲醛污染降解与治理
3.1 通风换气
在降低室内甲醛浓度的过程当中，最为简单的方法就是通风换气，只进行开窗换气或者通风换气机的使用就可以达到目标的。通过将室内的空气进行稀释能够有效地降低室内的甲醛浓度。在具体实施当中，可通过室内甲醛污染检测判断甲醛的浓度，然后通过局部通风或者全面通风的方式控制甲醛的污染，这种方法主要应用于甲醛浓度较低的场所。有很多因素会对室内甲醛含量带来影响，包括：排放速率、温度、湿度、材料所含甲醛浓度，在保证通风量的基础上，还应当对换气速率进行提升，从而才能够将室内甲醛含量进行更好的降低。
3.2 生态治理法
在一些研究中发现，甲醛能够被一些植物吸收。例如研究人员以芦荟作为研究对象，实验采用元素标记法进行，将甲醛环境用C-14标记，结果发现在一段时间后，C-14出现在芦荟的细胞组织当中，这就表明芦荟在新陈代谢时对甲醛进行了吸收。同时还有一些研究人员以吊兰为研究对象，实验环境为封闭空间，在一段时间后对室内的甲醛含量进行检测，发现有着明显的较少，这表明吊兰也能够在新陈代谢时吸收甲醛。此外，通过相关实验研究表明，虎尾兰、龟背竹和一叶兰等也有着吸收甲醛的作用，因此在甲醛的治理中可采用一些绿色植物，对居住环境能够起到改善作为，这种生态治理法在甲醛治理中应用的较为广泛。
3.3 化学处理
化学处理方式主要是选用一些化学物质通过与甲醛发生反应或者结合，从而生产甲醇。其一，二氧化氯氧化法。对甲醛利用氧化性进行氧化分解，但在实际操作过程当中效果不理想，不能达到预期效果，仍需要不断地改进和完善。其二，臭氧氧化法，臭氧分体通过与有机分子进行双键结合，与甲醛发生一定的反应，从而生成臭氧化物，进而得到分解甲醛的目的。通过这种方法的使用能够对室内甲醛的含量进行控制，但是在臭氧与甲醛发生反应的过程当中，也会产生一些其他的污染物。
3.4 物理处理
物理处理主要通过吸附或者催化技术来实现，主要包括两种。其一，活性炭法，由于活性炭有着吸附作用，活性炭内部的小孔隙中能够将甲醛分子吸入其中，并且大孔隙对于微粒也有着吸附作用，活性炭法在室内甲醛控制中被广泛地应用，但更换较为频繁，给使用带来一定的难度，同时在温度较高时，污染物会从孔隙内飘出来污染空气。其二，光催化法。通过紫外线的照射，催化剂会具有氧化还原的作用，从而能够对空气进行净化，材料以半导体材料为主，包括ZnO2、TiO2、Fe2O3等，光催化法也在生活中被广泛应用，并且成本较低，发展前景良好。
4 结语
随着甲醛的快速检测研究逐渐深入，人们也不断地开发各种新方法新产品，来满足大家越来越高的要求。未来研究灵敏度更高、准确度更高、可靠性更好、更加简单易操作的快速检测方法依然是科学工作者的追求目标。同时，基于现有的甲醛分析方法，实现对居室内甲醛气体的灵敏检测，并运用适当的降解方法将其降解，实现对甲醛的防治治理，是与人们的健康生活息息相关的重要内容。
参 考 文 献
[1] 相广东.甲醛对室内环境品质的影响分析及其控制措施的研究[D].内蒙古农业大学，2013.
[2] 朱玉玲.室内空气中甲醛的去除研究[D].山东大学，2010.
居室中甲醛气体的检测和降解研究 篇4
随着经济的快速发展, 家庭居室装修成为一种时尚之风。然而, 在追求更高居家的舒适和美观的同时, 装修和家具带来的室内空气污染也成为一个严重的问题[1,2]。世界卫生组织公布的《2002年世界卫生报告》 将室内污染列为人类健康的十大威胁之一。如何简单快速地检测居室空气中甲醛的含量是否超标, 超标后如何快速彻底清除, 成为人们关注的重点。
甲醛是一种无色、易溶于水、有强烈刺激性气味的气体化合物, 对人体危害极大。居室中的建筑材料、家具、地面墙壁材料及许多日用消费品都会释放出一定的甲醛。甲醛轻者使人流泪、眼痛、咳嗽、咽喉痛, 重者导致气喘、胸痛、喉头水肿。长期接触可引发头晕、头痛、 记忆力减退、失眠、食欲下降、恶心、呕吐及皮肤发痒、皮疹、皮炎、皮肤红肿等症状。甲醛还有致畸致癌作用, 特别是孕妇和婴幼儿, 长期暴露在室内甲醛气体的环境之中, 对其身体危害更大。世界各国也纷纷出台了室内甲醛的最大极限浓度 (表1) 。虽然甲醛气体的危害极大, 现有的科学技术还是可以达到快速灵敏检测甲醛的。 到目前为止, 甲醛的检测方法很多, 比如高效液相色谱法 (HPLC) , 气相色谱法 (GC) 、质谱法 (MS) 、分光光度法、荧光分析法、电化学分析法、电化学发光分析法、比色法等。
2甲醛气体的检测方法
2.1色谱、色谱-质谱联用法检测甲醛
气相色谱法、液相色谱法、色谱-质谱联用分析法, 都是常用的仪器分析法检测甲醛的, 其测定结果准确度高、可靠性好, 可以作为标准方法用于检验其他新的分析方法。然而它也存在着一定的局限性, 这些大型仪器分析方法通常需要专门的大型检测仪, 设备价格昂贵, 操作专业, 通常需要经过培训的专门技术人员才可以操作, 并且通常检测之前, 还需要进行必要的样品前处理, 总之所需时间较长, 操作较为复杂, 成本比较高。这些局限性导致了这些方法通常很难用于现场检测中。该方法通常适用于质检部门、仲裁部门等需要检验其他方法检测甲醛浓度的准确性的场合中。
2.2荧光分析法检测甲醛
荧光分析法是一种灵敏的分析方法, 由于其需要在特定的激发光源作用下, 才可以发射出其特定的荧光信号, 因此该方法选择性比较高。通常荧光分析法检测甲醛的模式有两种, 一种是荧光增强法检测甲醛;另外一种是荧光猝灭法检测甲醛。叶存玲等人[3]以KClO3-吖啶红荧光猝灭为指示反应实现了对甲醛的快速检测。稀H2SO4 溶液中, KClO3氧化吖啶红使体系的荧光强度增强, 在此体系中加入甲醛后, 体系的荧光强度急剧降低, 且在一定浓度范围内, 体系的荧光强度降低的程度与甲醛的质量浓度呈线性关系。随着现在便携式荧光灯和荧光仪的出现, 使得荧光分析法越来越简单、快读, 并逐渐用于家居室内甲醛的检测中。
2.3电化学及电化学发光发光检测甲醛
电化学和电化学发光技术均需要有电化学工作站提供电压, 由于其电化学信号和电化学发光信号的产生依赖于工作电极上施加的电压, 因此该检测方法可控性比较好, 通过控制对工作电极上施加的电压就可以实现对检测的灵活控制。电催化分析就是其中一类很实用的电化学分析方法。通过微孔曝气将有机废气转移到液相, 活性炭纤维作电极, 利用吸附-电催化氧化相结合处理甲醛气体。彭娟等人经过改进, 还实现了对甲醛气体降解的研究[4]。
电化学发光是电化学与化学发光相结合的产物, 是指通过施加一定的电压进行电化学反应, 在电极表面产生电活性物质, 这些电活性物质之间或电活性物质与体系中某些组分之间通过电子传递形成激发态, 由激发态返回到基态而产生的一种发光现象。由于它不需要外部激发光源, 技术设备简单、轻巧, 有助于将该方法应用于实际现场检测中。甲醛可以作为电化学发光实际吡啶钌的共反应物, 当加入甲醛后, 吡啶钌的电化学发光信号极大地增强, 基于这种增强的电化学发光信号实现对甲醛的电化学发光检测。该方法简单、快速, 与电化学方法相比灵敏度得到极大提高, 痕量的甲醛也可以检测到。
2.4比色法检测甲醛
比色法是测定甲醛的经典方法, 也是环境中甲醛测定的标准方法。采用紫外-可见光吸收分光光度计的分析方法, 在分析极限、准确度和重现性方面都有很大的优越性。比如, 亚硫酸品红法也是一种能够很好的检测甲醛的方法, 亚硫酸品红法是将品红 (玫瑰红苯胺) 硫酸盐与酸性亚硫酸钠和浓盐反应, 生成品红-酸式亚硫酸盐。然后在强酸性 (硫酸或盐酸) 条件下与乙酰丙酮、 甲醛反应, 生成玫瑰红色 (偏紫) 的盐, 在552~554nm的最大吸收波长下进行比色检测[5]。
3甲醛的降解防治方法
到目前为止, 已报道的甲醛降解方法很多[6], 基于上述甲醛的检测方法, 也可以引申出来类似的甲醛降解方法, 如二氧化钛光催化降解法, 通过自由基反应将甲醛污染物生成无害的二氧化碳和水;等离子催化降解法, 利用气体放电产生的低温等离子体和紫外光为催化剂使甲醛分解成小分子化合物;臭氧发生技术降解法, 通过模拟自然界产生臭氧的方法而来, 实现臭氧对甲醛的分解;植物净化降解法, 它是防治甲醛污染的一种有效方法, 植物通过枝叶吸收、植物代谢与转化、根际、叶际微生物降解作用以及土壤吸附等实现对居室内甲醛的去除。植物吸收甲醛主要通过叶片气孔和茎上皮孔, 经由植物维管系统进行运输和分布, 然后再植物体内经过代谢和一系列的催化反应而得到净化和降解, 或形成对植物本身无害的成分。对于我们居民来说, 室内多种些虎尾兰和吊兰, 它们可吸收室内80% 以上的有害气体, 吸收甲醛的效果显著, 在24h有光照的条件下, 可消除1m3空气中90%的甲醛。在室内种植降解甲醛的植物还有绿萝、秋海棠、银苞芋等。
4结语
随着甲醛的快速检测研究逐渐深入, 人们也不断的开发各种新方法新产品, 来满足大家越来越高的要求。 未来研究灵敏度更高、准确度更高、可靠性更好、更加简单易操作的快速检测方法依然是科学工作者的追求目标。同时, 基于现有的甲醛分析方法, 实现对居室内甲醛气体的灵敏检测, 并运用适当的降解方法将其降解, 实现对甲醛的防治治理, 是与人们的健康生活息息相关的重要内容。
摘要：指出了现有的甲醛检测方法有高效液相色谱法 (HPLC) 、气相色谱法 (GC) 、质谱法 (MS) 、分光光度法、荧光分析法、电化学分析法、电化学发光分析法、比色法等。利用这些甲醛检测方法, 可实现对居室内甲醛气体的简单、快速、灵敏的检测, 并运用适当的降解方法将其降解, 以实现对甲醛的防治治理。
关键词：甲醛气体,检测,降解,身体健康
参考文献
[1]奇文启.痕量有机污染物的监测[M].北京:化学工业出版社, 2001.
[2]周中平.室内污染物与控制[M].北京:化学工业出版社, 2002.
[3]叶存玲, 王新明, 周庆祥, 等.吖啶红动力学荧光法测定痕量甲醛[J].分析试验室, 2006 (25) :10~13.
[4]彭娟, 俞伟刚, 郭锐, 等.电催化氧化降解大气中甲醛的研究[J].环境化学, 2007 (26) :292~294.
[5]张秀敏, 纪淑娟.品红亚硫酸钠试剂在快速检测甲醛中的应用[J].沈阳农业大学报, 2007 (38) :202~206.
降解甲醛 篇5
室内装饰装修不断发展的同时，也导致了写字楼和家庭住宅空气中的甲醛浓度有所上升，造成了室内空气质量下降，使人们的身体健康受到影响。Ti O2光催化降解甲醛气体作为高效环保技术[1]，其实用化的研究开发受到广泛重视。然而，Ti O2也存在自身的局限性：(1)Ti O2带隙较宽，使其量子效率很低;(2)Ti O2在重复使用后，光催化活性有所降低;(3)Ti O2在光催化过程中电子与空穴的复合率高[2]，使得可见光能的利用率很低。
为了进一步改善Ti O2的光催化性能，提高其量子效率和对可见光能的利用率，必须对Ti O2进行改性。本文根据课题组从事利用掺杂Ti O2纳米微粒的光催化特性净化以挥发性有机物VOCs(苯、甲苯、甲醛等)为主的室内空气污染物的经验，采用纳米杂化和溶胶-凝胶技术，制备出掺杂Cu的Ti O2(简称Cu-TiO2)纳米微粒，在模拟室内环境的条件下，测试其对甲醛气体的去除效果。并探讨Cu-TiO2纳米微粒在降解甲醛多孔调湿材料、防污自洁玻璃、陶瓷和抗菌防霉内墙涂料等新型环保建筑材料中的应用。
1 试验
1.1 主要原料
钛酸丁酯：化学纯;甲醛、无水乙醇、硝酸铜、硝酸、氨水、冰醋酸：均为分析纯;去离子水。
1.2 Cu-TiO2和纯TiO2的制备
采用溶胶-凝胶法制备Cu-TiO2纳米微粒，具体步骤为：将钛酸丁酯Ti(C4H9O)4剧烈搅拌下滴加到2/3用量的无水乙醇中，搅拌后得到均匀透明溶液，再将溶有硝酸铜[Cu(NO3)2·3H2O(掺杂Cu2+的摩尔百分数为2%)]的稀硝酸于剧烈搅拌下缓慢加入上述溶液，在剧烈搅拌下将剩余1/3用量的无水乙醇缓慢滴完，剧烈搅拌后，所得液体溶胶于室内陈化96 h，形成干凝胶，进行抽滤后放入烘箱10 h烘干，缓慢升温到500℃，恒温2 h，取出放在室内自然冷却，研碎备用，制得CuTi O2。将溶有硝酸铜的稀硝酸换成一定量的去离子水，重复以上过程，制得纯Ti O2作对比分析用。
1.3 Cu-TiO2光催化降解甲醛气体效果测试
利用环境测试舱模拟民用室内环境(见图1)，温度设置在(23±0.5)℃，湿度设置在(45±3)%。把2.5μL浓度为37%～40%的甲醛溶液滴加在培养皿上，放入环境测试舱，待其充分挥发，使整个环境测试舱中的甲醛气体浓度为1 mg/m3。将Cu-TiO2以2 g/m3均匀负载到0.1 m2的玻璃上，利用可见光源进行激发，使其产生光催化作用。按GB/T 15516—1995规定采用乙酰丙酮分光光度法，每隔60 min采样10 L舱内的气体，测试环境测试舱中甲醛浓度的变化。
1.4 Cu-TiO2性能表征
XRD表征：日本Rigaku D/max 2550 VB/PC型X衍射仪，采用Cu靶Kα辐射(λ=0.1504 nm)，石墨单色器，工作电压40k V，电流100 mA，扫描速率4°/min。
DRS表征：岛津-2450型UV-VIS分光光谱仪，以标准BaSO4粉末为参比，扫描范围为200～1000 nm。
2 结果与讨论
2.1 Cu-TiO2光催化效果
图2为环境测试舱内甲醛气体分别在自然条件、纯Ti O2光催化和Cu-TiO2光催化下的浓度变化情况。
从图2可以看出，依靠空气自身能力去净化甲醛气体是不现实的。纯Ti O2在可见光源的照射下，对甲醛气体具有一定的光催化作用，但效果不佳，在240 min对甲醛气体浓度降解16.2%。利用纳米杂化技术和溶胶-凝胶技术制备的CuTi O2对甲醛气体具有很好的光催化效果，在240 min对甲醛气体浓度降解可以达到56.7%。
GB 50325—2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》将甲醛列为实施污染控制的污染物。其污染物浓度限量为Ⅰ类民用建筑工程不大于0.08 mg/m3，Ⅱ类民用建筑工程不大于0.12 mg/m3。图3为Cu-TiO2对环境测试舱内甲醛气体光催化效果曲线。
从图3可知，在可见光下Cu-TiO2对浓度为1 mg/m3的甲醛气体进行光催化降解，经过8.07 h，将甲醛气体浓度降解达到Ⅱ类民用建筑标准要求，经8.40 h，将甲醛气体浓度降解达到Ⅰ类民用建筑标准要求。
2.2 Cu-TiO2性能表征
图4为纯Ti O2的XRD分析，图5为Cu-TiO2的XRD分析。
对比图4和图5可以看出，图4中只有非正分锐钛矿型Ti0.72O2衍射峰;图5中出现锐钛矿型TiO2衍射峰的同时也出现金红石型TiO2的衍射峰，说明掺杂Cu可以促进非正分锐钛矿型Ti0.72O2向锐钛矿型TiO2转变，同时诱导生成金红石型TiO2。尽管单从晶型上分析，金红石型晶体的粒径较大，其光催化效果不如锐钛矿型晶体，但是一定比例的锐钛型与金红石型混合的TiO2晶体将具有更高的光催化活性，这是因为尽管金红石型TiO2的带隙能稍小于锐钛矿型的，但从量子产率的角度来看，纳米金红石型TiO2对光的利用率更高[3,4]。
图6为纯TiO2和Cu-TiO2的DRS对比分析。
从图6可以看出，Cu-TiO2虽然在紫外光区和可见光区的交界处出现拐点，但是其对光的吸收能力没有如纯TiO2那样大幅度降低，而是有一个平缓的趋势，逐渐过度到可见光区，这证明了Cu-TiO2可以较好地响应可见光源的激发，产生光催化效果，并且紫外光起始明显向长波方向发生移动，即发生红移现象。
3 Cu-TiO2在新型环保建筑材料中的应用探讨
3.1 降解甲醛多孔调湿材料
将一定比例的负载Cu-TiO2后的活性炭纤维、高吸水性树脂凝胶、沸石粉、发泡剂、稳定剂等复合，制成一种复合型纳米TiO2降解甲醛的多孔调湿材料[5]，这种材料利用活性炭纤维负载纳米TiO2颗粒在光催化的条件下降解甲醛作用，高吸水性树脂凝胶和沸石粉的自动吸放湿能力调节湿度，再利用发泡剂形成材料内部的微孔，制成多孔的纤维板材，使得这种多孔纤维板材具有吸附甲醛、调节湿度的作用。
3.2 防污自洁玻璃、陶瓷
镀有Cu-TiO2薄膜的表面具有高度的自清洁效应，一旦这些表面被油污等污染，因其表面具有超亲水性，污物不易在其表面附着。阳光中的紫外线足以维持Cu-TiO2薄膜表面的亲水特性，从而使其表面具有长期的防污自清洁效应。由于Cu-TiO2具有光催化作用和超亲水特性，将其应用于玻璃、陶瓷等建筑材料时，具有净化空气、杀菌除臭、防污等环保功能，而且还可大量节省建筑物的清洗和保洁费用[6]。
3.3 抗菌防霉内墙涂料
Cu-TiO2具有很强的氧化还原能力，具有净化空气、除臭等功能，可制成抗菌防霉内墙涂料。在采用纳米杂化技术和溶胶-凝胶技术合成Cu-TiO2的基础上，根据杀菌功能高效性的需要，进行表面掺杂和处理，制成特有的抗菌纳米TiO2，将其充分混匀于水性乳胶漆中制成无污染、具有抗菌防霉的室内环保型功能涂料。
4 结语
(1)在可见光源的条件下，Cu-TiO2具有比纯TiO2更好的对甲醛气体的降解效果，对于浓度为1 mg/m3的甲醛气体，经过8.07 h，能将甲醛气体浓度降解达到Ⅱ类民用建筑标准要求，经8.40 h，能将甲醛气体浓度降解达到Ⅰ类民用建筑标准要求。
(2)掺杂Cu会促进非正分锐钛矿型Ti0.72O2向锐钛矿型TiO2转变，同时诱导生成金红石型TiO2，一定比例的锐钛矿与金红石型TiO2混合晶体具有更高的光催化活性。并且CuTiO2更有利于响应可见光源的激发，产生催化效果，并且紫外光起始明显向长波方向发生移动，即发生红移现象。
(3)Cu-TiO2具有高效光催化降解能力、高度的自清洁效应和很强的氧化还原能力，目前已经在降解甲醛多孔调湿材料，防污自洁玻璃、陶瓷和抗菌防霉内墙涂料中得到一定的应用，将在新型环保建筑材料方面具有更广阔的应用前景。
参考文献
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[5]范影,郑平.复合型纳米TiO2降解甲醛多孔调湿材料研究[J].新型建筑材料,2009(4):87-89.
降解甲醛 篇6
甲醛是室内装修最常见的污染物, 主要来源于室内建筑材料和家具, 如胶合板、刨花板、泡沫填料、木地板、壁纸、油漆和涂料等。甲醛对眼、鼻、喉的黏膜有强烈的刺激作用, 最普遍的症状就是眼睛受刺激和头痛, 严重的可引起过敏性皮炎和哮喘。因甲醛污染的危害性较大, 所以受到广泛关注。
当前, 去除室内空气中甲醛的方法有自然通风、机械通风、物理吸附、植物吸收、材料封闭、光催化降解等。其中光催化降解又以二氧化钛 (Ti O2) 光催化降解技术为主, 其具有无二次污染、反应条件温和等优势, 是一种较有发展前景的甲醛净化手段。纳米Ti O2光催化降解机理的主要过程为:
上述反应在Ti O2表面生成的羟基自由基 (·OH) 和超氧离子自由基 (·O2ˉ) 具有很强的氧化能力, 能够破坏甲醛分子中的C-H、C-O键, 使甲醛被完全氧化为CO2、H2O。
光催化降解甲醛的效果受多种因素影响, 本文主要考察环境温度、光照强度、二氧化钛 (Ti O2) 浓度对光催化降解甲醛的影响。
2 实验原材料与方法
2.1 实验药品及仪器
锐钛型纳米Ti O2光触媒溶液 (平均粒径10nm) 、甲醛溶液 (质量分数3%) 、环境试验箱 (内部有风扇, 并留有测试孔) 、20W日光灯、4160-2型甲醛分析仪 (测量范围:0.01mg/m3~19.99mg/m3) 。
2.2 实验方法
将纳米Ti O2光触媒溶液均匀的喷涂在玻璃板上, 待玻璃板上溶液干燥完全后将其放置于试验箱体内, 从测试孔滴入甲醛标准溶液, 打开风扇使甲醛均匀分散于箱体内。分别控制环境温度 (10℃±2℃、20℃±2℃、30℃±2℃、40℃±2℃) 、光照强度 (一盏20W日光灯、二盏20W日光灯、三盏20W日光灯) 、Ti O2浓度 (在玻璃板上喷涂一遍、二遍、四遍) , 在不同条件下测量甲醛浓度, 计算在不同环境温度、光照强度、Ti O2浓度下的甲醛降解率。甲醛降解率 (%) = (初始甲醛浓度-时间t时的甲醛浓度) ×100/初始甲醛浓度。
3 结果与讨论
3.1 环境温度对甲醛降解率的影响
环境温度对甲醛降解率的影响如图1所示。经过相同的反应时间 (12h) , 环境温度较高时, 甲醛的降解率随之提高, 这是因为该光催化反应是一种多相光催化反应体系, 不属于纯粹的自由基链式反应体系, 控制反应速率的是吸附、脱附、质量传递等因素, 而这些因素受环境温度的影响较大。在一定温度范围内, 温度越高, 物理吸附越弱, 脱附能力越强, 产生的自由基超氧离子越多, 光催化反应越快。
3.2 光照强度对甲醛降解率的影响
光照强度对甲醛降解率的影响如图2所示。如图可知当反应10h后, 甲醛降解反应基本完成, 使用一盏日光灯时, 反应10h后甲醛降解率为43%, 两盏日光灯照射时, 10h甲醛降解率为55%, 三盏日光灯照射时, 10h甲醛降解率达到59%。因此, 当光照强度越强, 甲醛的降解率越高。这是因为光照越强产生的羟基自由基越多, 羟基自由基越多, Ti O2光催化降解甲醛的效率就越高。
3.3 Ti O2浓度对甲醛降解率的影响
Ti O2浓度对甲醛降解率的影响如图3所示。在反应初期, 光触媒用量对反应影响较大, 在反应2h时, 喷涂一遍、二遍、四遍光触媒的降解率分别为14%、28%、36%, 甲醛降解率随着光触媒用量的增加而增大。在反应到中后期时, 喷涂一遍、二遍、四遍光触媒的甲醛降解率趋于一致, 在反应12h后, 降解率分别为61%、62%、62%。由此可知, Ti O2浓度能够在反应初期加快甲醛降解, 但是基本不影响最终的甲醛降解率。
4 结论
⑴环境温度对Ti O2光催化降解甲醛有较大影响, 经过相同反应时间, 环境温度较高时, 甲醛的降解率提高。
⑵光照强度对Ti O2光催化的影响明显, 当光照强度越高时, 光催化的效率越高。因此, 在实际应用中, 应尽可能使反应在光照较好的条件下进行。
⑶Ti O2浓度增加可以加快光催化反应的速度, 但基本不改变最终的甲醛降解率。
⑷光催化受到各种因素的影响, 为保证光催化降解甲醛的效果, 应尽可能的控制环境温度、光照强度在有利反应的范围内。另外, 如果条件允许, 可以增加Ti O2用量来提高降解甲醛的效率。
摘要：通过实验考察了环境温度、光照强度、TiO2浓度等因素对二氧化钛 (TiO2) 光催化降解甲醛的影响, 结果表明:在一定范围内, 环境温度升高, 甲醛降解率提高;光照强度越强, 甲醛降解率越高;TiO2浓度增大, 能加快降解速度, 但是对最终降解率无明显影响。
关键词：环境温度,光照强度,TiO2浓度,光催化降解甲醛
参考文献
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[4]单兴刚, 张国栋.Ti O2光催化空气净化研究[J].化学工程与装备, 2010 (3) :19-22.
降解甲醛 篇7
近年来随着我国人民生活水平的提高,室内装修程度愈来愈高,使得室内空气品质问题尤为突出,室内空气污染问题已成为当前建筑环境及相关领域的一个研究热点。建筑室内空气有机化学污染主要是甲醛和甲苯、二甲苯等芳香族化合物引起的空气污染,其中普遍存在且污染严重的则是甲醛和苯,而甲醛的影响是长期的(据研究为3~15年)。刘汝青等[1]对广州市300户精装修民用住宅室内甲醛和TVOC的实测调查表明,装修3个月内的住宅有90%甲醛超标;王琨等[2]对哈尔滨市装修完工2年内的246户居民住宅空气甲醛检测数据表明,超标率为77.2%。可见,甲醛污染是造成室内空气品质低劣的重要原因。
纳米光催化降解室内有机污染物技术是近几年发展起来的一项空气净化技术,具有反应条件温和、能耗低、二次污染少、可以在常温常压下氧化分解结构稳定的有机物等优点,成为空气污染治理技术研究和开发的热点。但是纳米Ti O2只能在紫外光源的激发下才能产生催化效果,而在可见光源的激发下催化效率不高,且净化周期较长[3]。为了改善Ti O2纳米颗粒的光催化性能,提高其量子效率和对可见光能的利用率,必须对Ti O2纳米颗粒进行掺杂改性。由于过渡金属离子具有比Ti O2纳米颗粒更宽的对光源的吸收范围和稀土金属元素具有特殊电子结构,采用金属元素对Ti O2进行掺杂改性可以提高其在可见光下的催化性能。
根据文献[4]可知,纯Ti O2纳米颗粒的XRD衍射图中衍射峰较宽,强度不高,锐钛矿型晶体尺寸较小,无金红石型晶体。而掺杂Cu离子和Ce离子都能通过诱导Ti O2纳米颗粒中锐钛矿型晶体向金红石型晶体转变,一定比例的锐钛矿型与金红石型混合晶体的Ti O2纳米颗粒具有更高的光催化活性。
本文在已有工作的基础上,对共掺杂铜、铈的纳米Ti O2的制备方法及其在可见光下降解甲醛的光催化效率进行了实验研究。通过正交试验,找到了影响共掺杂铜、铈的纳米Ti O2在可见光条件下光催化降解甲醛性能诸因素的排列次序和最佳的工艺条件。
1 实验
1.1 主要仪器与试剂
1.1.1 光催化材料制备仪器和试剂
PHS-25型p H计(上海今迈仪器仪表有限公司),XCSL-16-12Y型中温实验炉(洛耐院仪器设备制造公司),GD66-1型鼓风干燥箱(北京实验设备厂),78-1型磁力加热搅拌器(上海浦东物理光学仪器厂),JM102型电子计数天平(浙江余姚纪铭称重设备公司)。
钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]、无水乙醇、硝酸铜、硝酸铈、硝酸、氨水,均为分析纯;水,二次蒸馏水。
1.1.2 光催化性能检测仪器和试剂
HC-1型环境测试舱(上海步青建筑科技发展有限公司),SL-11型仪表恒温水浴锅,T8型可见光灯管(天津市紫品特种光源有限公司),GDYQ-201MB型多功能甲醛、氨测定仪(长春吉大小天鹅仪器有限公司),JM102电子天平(浙江余姚纪铭称重设备有限公司)。
氨水、硝酸、冰乙酸、乙酸铵、乙酰丙酮,均为分析纯。
1.2 共掺杂Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒的制备
溶胶-凝胶法可以用来制备纳米粉体、纳米膜、纳米块材料等纳米材料。该方法的过程为:将易于水解的金属化合物(无机盐或醇盐)在某种溶剂中与水发生反应,经过水解过程与缩合过程而逐渐凝胶化,再经过干燥、高温焙烧处理,得到所需的Ti O2纳米颗粒。该方法的优点是不会引入杂质,能制备高纯度、颗粒细、均为球型的Ti O2纳米颗粒,水解过程一般在常温下进行,设备简单,能耗少。
本文采用溶胶-凝胶法制备共掺杂Ti O2纳米颗粒。制备步骤如下:按V[Ti(C4H9O)4]∶V(C2H5OH)=1∶4,将钛酸丁酯在剧烈搅拌下滴加到3/4用量的无水乙醇中,搅拌45 min后得到均匀透明溶液,再将溶有Cu(NO3)2·3H2O和Ce(NO3)3·6H2O的稀盐酸溶液(p H值=3)于剧烈搅拌下缓慢加入上述溶液,剧烈搅拌30 min,再于剧烈搅拌下将剩余1/4用量的无水乙醇缓慢滴加,10 min滴完,剧烈搅拌30 min,所得液体溶胶于室内成化5 d形成干凝胶,抽滤、洗涤后用鼓风干燥箱(80℃)烘干10 h,取出放在室内自然冷却、研碎,然后将试样放入中温实验炉中以2℃/min升到所需温度,恒温1 h,自然冷却至室温,得到Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒。
1.3 光催化降解甲醛实验
光催化反应在环境测试仓中进行。根据GB 18580—2001《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》,将环境测试舱的温度设置在(23±0.5)℃,湿度设置在(45±3)%。环境测试仓体积为1 m3、内壁为不锈钢材质且有风扇搅拌的密闭装置,取1 mg/m L的甲醛标准溶液1 m L滴加在培养皿上,将其放入环境测试舱,使其充分挥发。将2 g Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒均匀负载到0.1 m2的玻璃上,利用可见光(用滤光片滤掉日光灯光源中的紫外线)作为激发光源对玻璃上附着的CuCe/Ti O2纳米颗粒进行激发,使其产生光催化效果。每隔60min采样10 L环境测试舱内的气体,实验时间共240 min。甲醛浓度测试按GB/T 15516—1995采用乙酰丙酮分光光度法进行。实验模型见图1。
1.4 正交实验设计
针对在制备Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒过程中的影响因素(Cu-Ce掺杂负载量、Cu-Ce摩尔比、烧结温度)对其在可见光源下光催化效果的影响进行研究,通过设计正交试验对CuCe/Ti O2纳米颗粒光催化效果进行分析,从而得到制备CuCe/Ti O2纳米颗粒的优化方案。
据文献报道[5,6,7,8,9,10]分析可知,影响共掺杂纳米Ti O2的光催化性能主要是Cu-Ce掺杂负载量(因素A)、Cu-Ce掺杂摩尔比(因素B)和烧结温度(因素C)。本文以甲醛光催化降解比率为评价指标,按3因素4水平安排试验,考察的因素和水平见表1。
2 结果与讨论
2.1 正交实验结果
L16(45)正交实验结果及分析见表2。
从表2可以看出,在可见光源下,Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒光催化甲醛气体效果最好的是15号样品(A4B3C2),其经过240min光催化环境测试舱内的甲醛气体,甲醛气体浓度为0.497mg/m3,降解效率为50.3%。
利用极差R分析可知,RA>RB>RC,说明因素A、B和C之间不存在不可忽略的交互作用,因素A(Cu-Ce负载量)是影响Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒光催化甲醛气体效果的主要因素,因素B(Cu-Ce摩尔比)与因素C(烧结温度)为次要影响因素。根据对ki的比较可知,各因素的最佳水平分别为:Cu-Ce负载量3%、Cu-Ce摩尔比1∶1和烧结温度500℃,即可以得出优化方案A3B3C2。
2.2 优化方案光催化效果分析
考虑到环境测试舱内甲醛气体浓度会由于抽气采样而产生稀释作用,将采用负载优化方案制备的Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒测试舱内的甲醛气体浓度变化与舱内气体自然衰减(未设置催化剂)的试验结果进行对比,结果见图2。
从图2可以看出,由于采样需抽取10 L气体,环境测试仓外新鲜空气的补充渗入造成甲醛气体浓度的自然衰减,240min可使甲醛浓度降低10.4%;优化方案A3B3C2的光催化降解甲醛效率非常明显,240 min可达到58.7%,如果扣除自然衰减作用,实际降解率可达48.3%,有良好的应用前景。
3 结语
采用溶胶-凝胶法制备共掺杂Cu-Ce/Ti O2光催化纳米材料,以L16(45)安排正交试验,利用极差分析可知,Cu-Ce掺杂负载量是影响Cu-Ce/Ti O2纳米颗粒光催化甲醛气体效果的主要因素,Cu-Ce摩尔比与烧结温度为次要影响因素;可见光条件下对甲醛气体光催化效果的优化方案为:Cu-Ce掺杂负载为3%,Cu-Ce掺杂摩尔比1∶1,烧结温度500℃。
按优化方案制备的Cu-Ce/Ti O2光催化纳米颗粒,在环境测试仓内可见光条件下经240 min光催化后,环境测试舱内的甲醛气体浓度为0.413 mg/m3,降解效率为58.7%,扣除由于采样造成甲醛气体浓度的自然衰减,实际降解率可达48.3%。
参考文献
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降解甲醛 篇8
近年来, 随着光催化技术的兴起, 利用Ti O2光催化氧化技术处理甲醛废水研究已引起人们的广泛关注。然而单纯的Ti O2光催化剂存在对太阳光利用率低的缺点, 大部分实验都采用紫外光作光源, 使其应用受到一定限制。金属Ag的掺杂可以拓宽Ti O2的光谱响应范围, 增大光催化效率, 提高可见光催化活性。
本实验选用比表面积大, 吸附性能好, 耐热性强的活性炭作载体, 采用水热法制备掺杂金属Ag的Ti O2/活性炭负载型可见光催化剂, 探索该光催化剂降解甲醛废水的影响因素及工艺条件。
1 实验部分
1.1 试剂及仪器
钛酸丁酯、无水乙醇、硝酸银、浓硝酸、浓硫酸、氢氧化钠、品红、甲醛、亚硫酸钠、浓盐酸均为分析纯。活性炭 (成都市科龙化工试剂厂) 。
电子天平;恒温磁力搅拌器;UV-1800双光束紫外分光光度计;数显智能型恒温水浴锅;电热鼓风干燥箱;马弗炉;高压水热反应釜;吸吊式荧光灯具 (λ=350~400nm) ;日光灯 (30W) ;p HS-3C型精密p H计;光催化反应箱, 自制。
1.2 Ag-Ti O2/活性炭光催化剂的制备
用量筒量取5m L的钛酸丁酯, 然后缓慢加入到10m L的无水乙醇中进行磁力搅拌, 然后分2次分别用5m L的无水乙醇冲洗量过钛酸丁酯的量筒, 使钛酸丁酯和无水乙醇在磁力搅拌器中搅拌20分钟, 将上述混合液记为A液。
另取一个烧杯用移液管加入若干毫升Ag NO3/无水乙醇溶液, 以及20m L无水乙醇, 2m L水, 用稀硝酸调节p H值, 调好好记为B液。把A液逐滴滴加到B液中, 用磁力搅拌器快速搅拌。
同时少量多次加入8g活性炭, 搅拌一会后即得到溶胶。将上述制备好的溶胶加入到高压水热反应釜中, 在90℃进行水浴加热1h后静置过夜。把静置过夜的高压反应釜中的凝胶放在坩埚上用90度左右的水蒸汽均匀加热蒸发, 在80℃下干燥2小时后拿出, 在马弗炉中700℃焙烧2h。
1.3 光催化降解实验
配制25mg/L的甲醛溶液作为模拟废水, 取50m L该溶液于烧杯中, 调节溶液p H值并加入一定量的光催化剂, 将烧杯放置在磁力搅拌器上, 在磁力转子驱动下催化剂颗粒在溶液中翻滚。
实验光源为悬挂在烧杯上方的紫外灯管 (λ=350~400nm) 。光催化反应一定时间后取出, 高速离心分离后取上层清夜, 采用品红-亚硫酸钠法对甲醛显色[2], 用分光光度法测定显色液的吸光度来评价处理前后甲醛浓度的变化, 进而计算出甲醛的降解率。
2 结果与讨论
2.1 反应液p H对甲醛降解率的影响
以质量浓度为25mg/L的甲醛溶液作为模拟甲醛废水, 分别量取50m L试液于四组烧杯中, p H分别调节为6.1 (不进行调节) , 5, 7, 9后, 以3g/L的催化剂加入量进行光催化反应, 结果见图1。
在光催化反应中, 反应液的p H环境会直接影响到Ti O2的粒子大小和表面电荷, 而表面电荷又会影响反应物的吸附[3]。由图1可知, 溶液p H=7时, Ag-Ti O2/活性炭光催化剂对甲醛的降解率最高, 达到71.49%, 而在偏酸或偏碱性条件下的甲醛降解率相差不大。
因此, 最佳反应p H值为7。产生该效果的原因可能是反应过程中有酸性物质生成, 在中性条件下会有助于反应的顺利进行。朱剑等[8]人研究发现p H=7时, 即在中性条件下有利于光生电子向催化剂表面迁移与吸附O2反应, 抑制了电子与空穴复合, 从而提高了光催化活性。
2.2 催化剂用量对甲醛降解率的影响
取7组50m L浓度为25mg/L的甲醛试液, 调节p H至7, 分别加入不同量的Ag-Ti O2/活性炭光催化剂进行光催化反应2h, 结果如图3。
由图2可知, 当催化剂用量较低时 (<4g/L) , 随着催化剂用量的增加, 催化活性不断提高。当催化剂用量为4g/L时, 降解率达到极大值为76.04%。当催化剂用量大于4g/L时, 催化活性反而下降。
以上现象可以解释为:当催化剂用量较低时, 催化剂活性中心数目较少, 光量子利用率偏低, 较少的催化剂与过多的甲醛分子接触, 因而光催化活性较差。而当催化剂用量过多时, 此时反应体系的浊度会因高浓度的催化剂悬浮颗粒而增加, 遮蔽了部分入射光, 降低光子对光催化剂的激发效率, 导致其催化活性反而下降。
因此, 只有当催化剂用量为4g/L时, 催化剂浓度趋于饱和, 在光照强度一定的条件下, 光量子的利用率达到最大, 为最优催化剂用量。
2.3反应时间对甲醛降解率的影响
在甲醛模拟废水浓度为25mg/L、p H=7、催化剂用量为4g/L的条件下, 考察反应时间对甲醛废水降解效果的影响 (见图3) 。
由图3可知, 在反应时间为0h~4h范围内, 随着反应时间的延长, 甲醛的降解率不断增加, 4h~8h范围内, 甲醛的降解率趋于平缓, 说明反应已经接近平衡, 再增加光照时间不会提高甲醛的降解率。因此, 最佳的反应时间为4h。
2.4不同光照条件对甲醛降解率的影响
改变光催化反应的光照条件, 分别选用15W和30W的紫外灯以及30W的日光灯来光催化降解模拟浓度为25mg/L的甲醛废水, 结果如图4。
由图4可知, 对比15W和30W的紫外光灯可以看出, 光照强度的增加可以有效促进降解率的提高。在30W的紫外光照射下, 甲醛降解率可以达到84.78%。
而在30W日光灯的照射下, Ag-Ti O2/活性炭光催化剂依然可以表现出与同功率紫外灯十分接近的可见光降解效率, 达到79.56%的甲醛降解率。
上述现象出现的原因可以解释为Ti O2在光的激发下, 价带中的电子跃迁至导带, 产生电子-空穴对, 电子会迅速地移向Ti O2表面的Ag颗粒, Ag成了一个电子富集中心, 从而降低了电子-空穴对的复合几率[4], 提高了Ti O2光催化性能, 并使二氧化钛的能带变窄, 价带电子被激发到导带所需的能量变小, 吸收波长变长, 能在可见光下进行光催化反应。
3结论
1) 采用水热法制备的Ag-Ti O2/活性炭光催化剂具有良好的光催化活性, 对甲醛废水具有很好的降解效果;
2) Ag的掺杂不仅提高了光催化剂的催化活性, 还使该催化剂可以在可见光下表现出良好的甲醛降解率。
实验表明:初始浓度为25mg/L的甲醛废水, 在p H为7, 光催化剂用量为4g/L, 反应时间为4h, 在30W的紫外灯和30W的日光灯下甲醛降解率分别达到84.78%和79.56%。
摘要：以水热法制备了Ag-TiO2/活性炭可见光催化剂, 在自制光催化反应箱中研究了对甲醛废水进行光催化降解的可行性。结果表明, 甲醛浓度在25mg/L, 其最佳工艺条件为:反应pH为7, 催化剂用量为4g/L, 反应时间为4h, 。在该最佳条件下, Ag-TiO2/活性炭光催化剂在30W日光灯和30W紫外灯下对甲醛的降解率十分接近, 分别达到79.56%和84.78%, 表现出了较高的可见光催化活性。
关键词：Ag,TiO/活性炭,光催化,甲醛废水
参考文献
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