硅藻土基環保材料制備與應用的實驗研究

王楠楠+侯賽男+于培生

摘 要：文章采用硅藻土、植物碎屑、粘結劑和增稠劑等物質制備出硅藻土基環保材料，并利用掃描電鏡、紅外光譜對其進行表征，分析其表面形貌特征、物質結構和所含基團。在硅藻土基環保材料吸附去除有害氣體的應用實驗研究中，發現其對甲醛、甲苯和氨氣的去除率分別達到58.16%、47.22%和53.27%。

關鍵詞：硅藻土；環保材料；制備；應用

1 概述

隨著社會經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，人們開始更加關注家居環境，因此室內裝飾裝修開始成為一種時尚，不過目前大部分裝飾裝修材料中都含有害化學物質，比如甲醛、氨氣、苯系物等揮發性氣體，這些氣體對人體健康造成一定的危害。硅藻土是一種天然礦物質材料，主要化學成分是SiO2，一般以SiO2·nH2O的形式存在，另外還混有少量的Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、P等雜質。硅藻土表面微孔非常多，沒有任何有害的化學物質，具備隔熱、隔音、防水、阻燃等優點。另外，還具有除臭、吸濕、吸附室有害氣體等作用。因此，硅藻土基吸附劑可以作為一種新型室內空氣凈化環保材料。

2 環保材料制備情況

2.1 實驗材料與試劑

硅藻土、植物碎屑、可分散性糯米膠粉（粘結劑）、羧甲基纖維素鈉（增稠劑）、去離子水。

2.2 實驗儀器

馬弗爐（SX2-4-10型）、粉碎機（QE-100型）、攪拌器（JB90-D型）、氣體采樣器（QC-1型）、電熱鼓風干燥箱（DHG-9030A型）、紅外光譜儀（NICOLET5700型）、掃描電鏡（JSM-5600LV型）

2.3 制備工藝

實驗采用天然多孔的硅藻土為基材，附加一定比例（見表1）的植物碎屑、粘結劑、增稠劑等物質，制備出硅藻土基環保材料。

（1）焙燒。將硅藻土置于馬弗爐中，在溫度450℃下焙燒90min，從而燒除硅藻土中的有機物質，增加顆粒表面微孔數量。（2）破碎過篩。將硅藻土和植物碎屑分別進行破碎，并將顆粒通過孔徑為0.1mm的分樣篩，得到篩下物。（3）人工混合。將破碎過篩后的硅藻土和植物碎屑、增稠劑、粘結劑按照一定比例混合，并用攪拌器攪拌均勻。（4）人工造粒。將去離子水緩慢加入均勻的混合原料中，并用玻璃棒攪拌至凝膠狀態，然后，進行手工制作3mm左右的顆粒。（5）烘干。將人工制作的顆粒放入電熱鼓風干燥箱進行烘干，設定溫度為30℃，時間為24h；然后取出用塑封袋密封，放置于干燥器中備用。

2.4 材料表征

選取干燥器中備用的硅藻土基環保材料進行掃描電鏡和紅外光譜分析。圖2是硅藻土基環保材料的掃描電鏡圖。從圖2中可以看出，材料成品中沒有硅藻土多孔的物質結構，而是表面比較粗糙，呈現簇狀、團狀結構，孔隙較發達，比表面積較大，這說明通過焙燒、造粒的過程，硅藻土基本上參與了反應；另外，植物碎屑連接著這些簇狀、團狀結構，保證了成品的抗壓、抗折強度。

硅藻土基環保材料紅外光譜分析情況如圖3所示。從圖中可以看出，位于1000-1200cm-1處的峰為硅氧烷基團（-Si-O-Si-）；原硅藻土經過焙燒后，結構發生了變化，2750、2940、2300和1460cm-1處的有機質峰（-CH、-CH2等）消失，表明焙燒后有機物逐漸被去除；3400-3500cm-1處是-NH或-OH鍵的伸縮振動峰，可能為締合水、植物碎屑、硅藻土表面羥基及有機雜質的峰；而786及714cm-1處的-Si-OH基團振動峰強度減弱，可能是硅藻土焙燒后部分-OH基團發生改變。

3 環保材料應用情況

3.1 實驗方法

分別制作兩個體積為1m3的密閉容器，分別標注G0、G1，在G1密封容器中放置硅藻土基環保材料，G0密封容器作對比空白試驗，進行甲醛、甲苯、氨氣去除率的測定。

（1）甲醛去除率的測定：用移液槍分別稱取5μL甲醛溶液兩份，同時放入上述G0、G1兩個密閉容器中，靜置24h后，使用空氣采樣器從密閉容器分別采集等量氣體，采用可見分光光度計（722N型）檢測氣體樣品中甲醛含量，換算成體積濃度，濃度差值與空白容器中樣品濃度的比值即為甲醛去除率。

（2）甲苯去除率的測定：用移液槍分別稱取5μL甲苯溶液兩份，同時放入上述G0、G1密閉容器中，靜置24h后，使用空氣采樣器從密閉容器分別采集等量氣體，采用氣相色譜儀（GC-2010 Plus型）檢測氣體樣品中甲苯含量，換算成體積濃度，濃度差值與空白容器中樣品濃度的比值即為甲苯去除率。

（3）氨氣：用移液槍分別稱取5μL氨水溶液兩份，同時放入上述G0、G1密閉容器中，靜置24h后，使用空氣采樣器從密閉容器分別采集等量氣體，采用可見分光光度計（722N型）檢測氣體樣品中甲苯含量，換算成體積濃度，濃度差值與空白容器中樣品濃度的比值即為氨氣去除率。

3.2 吸附效果（吸附率、有害氣體去除率）

在密封容器內，硅藻土基環保材料吸附甲醛、甲苯、氨氣三種有害氣體實驗的數據如表2所示。從表2中數據可以看出，硅藻土基環保材料對于三種有害氣體都具有一定的吸附效果，其中，甲醛的去除率較好，達到58.16%，甲苯的去除率較差，僅為47.22%。

參考文獻

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