納米TiO2光催化除甲醛瓷磚制備及其耐用性研究

吳世斌，許林峰，林亮標

（清遠市簡一陶瓷有限公司，清遠511500）

1 前言

由于化學合成材料的廣泛使用，使得室內空氣污染越來越受到民眾的普遍關注[1]，而室內空氣污染中尤以甲醛污染最為嚴重、最為普遍[2]。甲醛會對人眼、鼻、喉造成危害，使人產生惡心、眩暈、頭疼等癥狀，嚴重時甚至引起癌癥和白血病[3]。

納米TiO2光催化技術是近些年逐漸興起的高科技除甲醛技術[4-5]，其在光照條件下，產生具有強氧化性的羥基自由基，幾乎能夠無選擇性的降解所有有機污染物[6]，如甲醛、TVOC等。瓷磚作為室內環境中應用面積較大的建筑材料，若能把納米TiO2光催化材料的除甲醛功能與其結合，將會有非常大的應用價值。

本文中選取高效光觸媒作為納米TiO2光催化材料，通過黏附材料和特定的工藝，將光觸媒牢固地結合到瓷磚表面，制備出納米TiO2光催化除甲醛瓷磚。向檢測箱中注射底物甲醛氣體，通過檢測底物甲醛濃度變化和生成產物二氧化碳濃度變化以評價其降解甲醛的性能；通過模擬瓷磚實際使用環境考察除甲醛瓷磚的耐用性。

2 實驗

2.1 原料及儀器

光觸媒，日本東芝集團；甲醛，分析純，天津市大茂化工試劑廠；氫氟酸，分析純，江蘇永豐化學試劑有限公司；SH-9502型黏附劑，湖北新四海化工股份有限公司；200×300×12 mm瓷磚，清遠市簡一陶瓷有限公司；15 W節能燈，佛山照明電器股份有限公司；HAL-HFX105型甲醛檢測儀，深圳市賽納威環境科技有限公司；HALHCO201型二氧化碳檢測儀，深圳市賽納威環境科技有限公司；400×280×120 mm 檢測箱，自制；HJ180型手用拋光機，東莞市創亮清潔用品有限公司。

2.2 除甲醛瓷磚制備

首先把氫氟酸稀釋10倍，然后將稀釋后的氫氟酸均勻涂敷在瓷磚表面，保持時間20 s，清水沖凈，晾干；其次用手用拋光機將黏附劑均勻附著在瓷磚表面，接著再把光觸媒用手用拋光機牢固地結合在黏附劑上，自然干燥，即獲得納米TiO2光催化除甲醛瓷磚。

2.3 除甲醛瓷磚檢測

將上述除甲醛瓷磚放置在檢測箱中，同時放入氣體檢測儀并開啟，密閉檢測箱，注入10 mL甲醛氣體，開啟節能燈，每10 min記錄一次檢測儀數據。

3 結果與分析

3.1 降解甲醛測試分析

圖1所示為在檢測箱中同時放入甲醛檢測儀和二氧化碳檢測儀對除甲醛瓷磚降解甲醛性能分析情況。由圖1可知，同一塊除甲醛瓷磚，在相同檢測條件下，注入檢測箱內的甲醛濃度由5.90 ppm下降至2.92 ppm；與此同時，檢測箱內二氧化碳濃度由670 ppm上升至696 ppm，這是由于注入檢測箱內的甲醛氣體在除甲醛瓷磚的光催化作用下被降解成二氧化碳和水，所以檢測箱內甲醛濃度下降，二氧化碳濃度升高，這也證實了本研究制備的除甲醛瓷磚具有降解甲醛的功能，而且除甲醛性能優異。

圖1 除甲醛瓷磚降解甲醛性能分析圖

3.2 耐擦洗測試分析

圖2所示為除甲醛瓷磚用濕毛巾擦洗，模擬家庭瓷磚清理過程以考察其耐擦洗情況。由圖2可看出，瓷磚從擦洗0次到2000次，甲醛降解產物二氧化碳的增量變化較大，由46 ppm減少為27 ppm，但擦洗2000次后，繼續擦洗，二氧化碳增量基本穩定。這可能是因為前期瓷磚擦洗容易把表面多余的光觸媒和未牢固結合的光觸媒擦掉，致使光催化效率會降低些，因此生成的二氧化碳會減少；然而繼續擦洗時，由于剩下光觸媒粒子或已牢固結合在瓷磚表面，又或已牢固結合在瓷磚表面微孔內，均不易擦去，除甲醛瓷磚表面結構如圖3所示。所以擦洗2000次后，二氧化碳增量變化不大，這也說明了本研究制備的除甲醛瓷磚耐擦洗性能優異、實用性強。

圖2 除甲醛瓷磚濕毛巾不同擦洗次數后降解甲醛情況圖

圖3 除甲醛瓷磚表面結構示意圖

3.3 干、濕毛巾擦洗測試分析

圖4所示為除甲醛瓷磚用干、濕毛巾分別擦洗5000次，模擬家庭瓷磚清理過程以考察其實用性情況。由圖4可知，瓷磚被干、濕毛巾擦洗5000次后，甲醛降解產物二氧化碳的增量分別為24 ppm和27 ppm，兩者相差不大，可知除甲醛瓷磚可同時適用干、濕毛巾的擦洗，這可能是因為除甲醛瓷磚具有如圖3所示表面結構后，光觸媒粒子不易被外界干擾除去，特別是微孔中的光觸媒粒子，所以無論是濕毛巾擦洗，還是干毛巾擦洗，都不會影響除甲醛瓷磚降解甲醛的性能，這也說明了本研究制備的除甲醛瓷磚適用家庭實際使用環境，具有廣泛的應用前景。

圖4 除甲醛瓷磚干、濕毛巾擦洗后降解甲醛情況圖

3.4 瓷磚泡水測試分析

圖5 除甲醛瓷磚浸泡前后降解甲醛情況圖

圖5所示為除甲醛瓷磚水中浸泡一天前后其降解甲醛性能情況，這也是模擬瓷磚正常使用過程中會遇到的情況，以此進一步評價其應用性。由圖5可知，浸泡前，甲醛降解產物二氧化碳的增量為46 ppm，浸泡后，二氧化碳增量為36 ppm，二氧化碳增量略有下降，這可能是由于除甲醛瓷磚表面多余的光觸媒和未牢固結合的光觸媒被水泡出，脫離瓷磚表面，導致降解甲醛性能有少量降低，但降解甲醛性能依然優異，所以本研究制備的除甲醛瓷磚性能穩定、適用性強。

4 結論

（1）通過瓷磚表面后處理技術，在瓷磚表面牢固附著一層納米TiO2光催化功能層，可制備出具有降解甲醛功能的瓷磚；

（2）經過多次擦洗、不同毛巾擦洗和浸泡等方式模擬瓷磚實際使用環境以評價其使用性，結果顯示本研究制備的除甲醛瓷磚具有優異的耐用性，應用前景廣闊。

參考文獻

[1]原福勝,宮斐,梁瑞峰.居室裝修后室內空氣污染及變化趨勢[J].環境與職業醫學,2009,26(5)：441-443.

[2]朱迪迪,戴海夏,錢華.我國室內空氣污染現狀調研與分析[J].上海環境科學,2010(4)：174-180.

[3]瞿芬.室內裝飾裝修材料的甲醛污染檢測與控制 [J].建材與裝飾,2013(9)：339-340.

[4]馬亞夢.裝修居室甲醛污染狀況及功能植物的甲醛去除能力研究[D].中南大學,2012.

[5]陳昌勝,衣守志,郭強,等.光電催化空氣凈化器凈化甲醛性能研究[J].現代化工,2015(10)：122-124.

[6]Lan Y.C.,Lu Y.L.,Ren Z.F..Mini review on photocatalysis of titanium dioxide nanoparticles and their solar applications[J],Nano Energy,2013,2(5)：1031-1045.