贵金属表面改性纳米氧化钛光催化去除甲醛的研究

贵金属表面改性纳米氧化钛光催化去除甲醛的研究 摘要：通过对氧化钛金属表面改性，并在活性有机物的协同配合下，对甲醛的分解效率在原来的基础上提高了30%到50% 1.0概述 甲醛化学分子式为 HCHO ，分子量 30.03，又称为蚁醛。世界卫生组织已确定甲醛为致癌致畸形物质，甲醛在我国有毒化学品优先控制名单上位居第二，是强致突变物和变态反应源，甲醛具有强烈的致癌作用且人体的呼吸器官和皮肤对甲醛较为敏感。目前市面上一些产品去除甲醛的效果值得商榷，实用效果并不一定符合国家要求。我司技术人员在不懈的努力下通过对纳米尺度下的二氧化钛进行表面改性，取得了明显的效果，产品已经成功应用于某大品牌的环保涂料的制备和石膏板的生产。 2.0作用机理 对于甲醛的消除机理是先捕捉，再消除。首先利用亲核试剂对游离的甲醛进行捕捉。亲核试剂是具有未共用电子对的负离子和中性分子的活性有机物，以共用电子或给出电子的方式与甲醛发生加成反应；接着吸附有游离甲醛分子的半导体光催化材料在光照射下，能够被光子所激活，实现电子或空穴流动，并在其表面上发生很强的氧化(或)还原作用 光催化材料选择的是贵金属元素改性的纳米TiO2，它是一种n型半导体氧化物，其光催化原理可以用半导体的能带理论来解释。由于TiO2纳米粒子的粒径在1~100 nm，所以其电子的Fermi能级是分立的，而不是像金属导体中的能级是连续的，在纳米TiO2半导体氧化物的原子或分子轨道中具有一个空的能量区域，它介于导带与价带之间，称为禁带[6]，其宽度为3.2 eV，当纳米TiO2接受波长为387.5 nm以下的光线照射时，其内部价带的电子由于吸收光子跃迁到导带，从而产生空穴-电子对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的O2和H2O，产生高活性羟基自由基(·OH)和超氧离子自由基(·O2- )[7]，当污染物吸附其表面时，会发生两个步骤： （1）吸收相波长为387.5 nm以下的光能，使表面发生光激发而产生光致电子和正的空穴。 （2）在受光照射而产生的电子-空穴中，电子消耗于空气中氧的还原，空穴则将吸附物质氧化，分解这些吸附物质的作用。如下图： 导带 O2 ·O2- 禁带 有机物 价带 R+(空穴) 具体的反应方程式为： 光致电子（e -）和空穴（h +）的形成 TiO2 + hv      e -+ h +  ………………...(1) 羟基自由基（·OH）和超氧离子自由基（·O2-）的生成 O2 + e-      ·O2-      ………………....(2) H2O + h+      ·OH + H+ ………………....(3) 由·O2 - 形成H2O2 ·O2 - + H+      ·HO2  ………………....(4) ·HO2+·HO2      H2O2 + O2  …………....(5) ·O2 - +·HO2      HO2 - + O2  …………....(6) HO2 - + H+      H2O2  ………………....(7) ·OH和 O2- 也可以通过 H2O2 形成: H2O2 + e-      ·OH + OH-  …………...(8) H2O2 + ·O2-      ·OH + OH-+ O2  …..…(9) H2O2 + hv      2·OH  ………………..(10) H2O2      ·O2- + 2H    ……………....(11) 上述反应在 TiO2 表面生成的羟基自由基（·OH）和超氧离子自由基（·O2-）具有很强的氧化能力[5-9]，其中羟基自由基的反应能为402.8MJ/mol，足以破坏有机物中的C—C、C—H、C—N、C—O、N—H等键，使有机污染物质在·OH和·O2-作用下被完全氧化至 CO2、 H2O。纳米贵金属在其中的作用目前推测为增加了氧化钛催化反应的活性，另外活性有机化合物也对甲醛的吸收起了协同效应。反应示意图如下 3.0结果评述 产品外观为白色粉体，平均粒径在20纳米左右。 通过改变二氧化钛的负载量、反应温度、反应湿度以及二氧化钛类型，研究二氧化钛对定量甲醛气体的降解效果，进而分析二氧化钛对甲醛去除研究中的降解条件，用酚试剂分光光度法测量反应装置内甲醛剩余量。 4.0小结 通过对纳米氧化钛表面进行贵金属改性，并在活性有机物的协同作用下制成的甲醛吸收剂性能非常稳定，应用操作简单，已经成功应用于环保涂料的制备和石膏板的生产。可使室内空气甲醛的浓度降低到0.08 mg/m3以下，完全符合国家标准要求。 技术交流 jacky.hongjian@qq.com