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(biāo)

（清遠(yuǎn)市簡一陶瓷有限公司，清遠(yuǎn)511500）

1 前言

由于化學(xué)合成材料的廣泛使用，使得室內(nèi)空氣污染越來越受到民眾的普遍關(guān)注[1]，而室內(nèi)空氣污染中尤以甲醛污染最為嚴(yán)重、最為普遍[2]。甲醛會(huì)對(duì)人眼、鼻、喉造成危害，使人產(chǎn)生惡心、眩暈、頭疼等癥狀，嚴(yán)重時(shí)甚至引起癌癥和白血病[3]。

納米TiO2光催化技術(shù)是近些年逐漸興起的高科技除甲醛技術(shù)[4-5]，其在光照條件下，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，幾乎能夠無選擇性的降解所有有機(jī)污染物[6]，如甲醛、TVOC等。瓷磚作為室內(nèi)環(huán)境中應(yīng)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(jié)合，將會(huì)有非常大的應(yīng)用價(jià)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(jié)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(chǎn)物二氧化碳濃度變化以評(píng)價(jià)其降解甲醛的性能；通過模擬瓷磚實(shí)際使用環(huán)境考察除甲醛瓷磚的耐用性。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原料及儀器

光觸媒，日本東芝集團(tuán)；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(xué)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(yuǎn)市簡一陶瓷有限公司；15 W節(jié)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(huán)境科技有限公司；HALHCO201型二氧化碳檢測儀，深圳市賽納威環(huán)境科技有限公司；400×280×120 mm 檢測箱，自制；HJ180型手用拋光機(jī)，東莞市創(chuàng)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(shí)間20 s，清水沖凈，晾干；其次用手用拋光機(jī)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(jī)牢固地結(jié)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(shí)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(jié)能燈，每10 min記錄一次檢測儀數(shù)據(jù)。

3 結(jié)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(shí)放入甲醛檢測儀和二氧化碳檢測儀對(duì)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(nèi)的甲醛濃度由5.90 ppm下降至2.92 ppm；與此同時(shí)，檢測箱內(nèi)二氧化碳濃度由670 ppm上升至696 ppm，這是由于注入檢測箱內(nèi)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(nèi)甲醛濃度下降，二氧化碳濃度升高，這也證實(shí)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(yōu)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(chǎn)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(xù)擦洗，二氧化碳增量基本穩(wěn)定。這可能是因?yàn)榍捌诖纱u擦洗容易把表面多余的光觸媒和未牢固結(jié)合的光觸媒擦掉，致使光催化效率會(huì)降低些，因此生成的二氧化碳會(huì)減少；然而繼續(xù)擦洗時(shí)，由于剩下光觸媒粒子或已牢固結(jié)合在瓷磚表面，又或已牢固結(jié)合在瓷磚表面微孔內(nèi)，均不易擦去，除甲醛瓷磚表面結(jié)構(gòu)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(yōu)異、實(shí)用性強(qiáng)。

圖2 除甲醛瓷磚濕毛巾不同擦洗次數(shù)后降解甲醛情況圖

圖3 除甲醛瓷磚表面結(jié)構(gòu)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(shí)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(chǎn)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(shí)適用干、濕毛巾的擦洗，這可能是因?yàn)槌兹┐纱u具有如圖3所示表面結(jié)構(gòu)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(huì)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(shí)際使用環(huán)境，具有廣泛的應(yīng)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(huì)遇到的情況，以此進(jìn)一步評(píng)價(jià)其應(yīng)用性。由圖5可知，浸泡前，甲醛降解產(chǎn)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(jié)合的光觸媒被水泡出，脫離瓷磚表面，導(dǎo)致降解甲醛性能有少量降低，但降解甲醛性能依然優(yōu)異，所以本研究制備的除甲醛瓷磚性能穩(wěn)定、適用性強(qiáng)。

4 結(jié)論

（1）通過瓷磚表面后處理技術(shù)，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(jīng)過多次擦洗、不同毛巾擦洗和浸泡等方式模擬瓷磚實(shí)際使用環(huán)境以評(píng)價(jià)其使用性，結(jié)果顯示本研究制備的除甲醛瓷磚具有優(yōu)異的耐用性，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱迪迪,戴海夏,錢華.我國室內(nèi)空氣污染現(xiàn)狀調(diào)研與分析[J].上海環(huán)境科學(xué),2010(4)：174-180.

[3]瞿芬.室內(nèi)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(xué),2012.

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

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