硅藻土復(fù)合材料在甲醛吸附降解方面的研究進(jìn)展

李強(qiáng)文 邵亞馨 楊小盛 妥梅 張芳 孫萬(wàn)虹

(1.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730124；2. 西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部，甘肅 蘭州 730124)

0 引言

甲醛其特殊的分子結(jié)構(gòu)，因而具備較為靈敏的反應(yīng)活性，被廣泛應(yīng)用于各類有機(jī)合成。長(zhǎng)期處于甲醛含量超標(biāo)的環(huán)境中會(huì)引發(fā)很多疾病[1]，例如白血病、鼻喉腫瘤等。由此看來(lái)，消除甲醛特別是空氣中彌漫的甲醛，成為科學(xué)技術(shù)人員研究的熱門(mén)方向之一；而硅藻土因其獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)，成為了甲醛吸附研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。硅藻土化學(xué)成分主要是SiO2，含有少量的Fe2O3、Al2O3、MgO、P2O5、CaO、K2O、Na2O 和有機(jī)物[2]。硅藻土具有吸附性好、比表面積大等特性，且儲(chǔ)量豐富，近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工等眾多領(lǐng)域[3]。硅藻土的上述特性，形成了硅藻土在甲醛吸附方面的研究體系。本文將從硅藻土出發(fā)，對(duì)硅藻土各種類型的甲醛吸附降解研究進(jìn)行總結(jié)論述。

1 金屬氧化物/硅藻土

光催化技術(shù)是利用光在光催化劑的表面產(chǎn)生·OH、·O2等具有較強(qiáng)氧化性的基團(tuán)，將大部分有害的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成無(wú)毒害的H2O 和CO2，光催化技術(shù)在處理甲醛污染方面有很大的應(yīng)用前景。

ZnO 在光催化應(yīng)用方面是一種較為常見(jiàn)的氧化物。在利用光催化處理水體有機(jī)污染物方面，納米ZnO 的效率比TiO2高。且相對(duì)于TiO2而言，ZnO 價(jià)格低廉，可廣泛應(yīng)用于甲醛的處理。當(dāng)前納米ZnO 制備以單一相為主，成本過(guò)高；且ZnO 顆粒均勻度不夠，分散性較差，處理效率有待提高。李勰等[4]采用兩相界面法制備了超細(xì)納米晶復(fù)合材料。提高了ZnO 的光催化活性，能夠有效降解氣體水體中的甲醛。該研究表明，與1.0% La: ZnO 材料相比，1.0% La: ZnO/硅藻土復(fù)合材料對(duì)甲醛的降解效果更高。兩相界面法工藝流程簡(jiǎn)單，能耗較低，可用于制備超細(xì)納米晶。

目前，市銷的硅藻泥的甲醛凈化效率較低，且因有機(jī)粘結(jié)劑引起了二次污染。對(duì)該問(wèn)題，劉秀娟等[5]將活性氧化鋁引入硅藻泥，活性氧化鋁材料多孔分散性好、比表面積大，與TiO2有較強(qiáng)的作用，可提升材料比表面積、調(diào)控硅藻土表面性質(zhì)，避免了二次污染。

二氧化錳(MnO2)是過(guò)渡金屬氧化物，在甲醛降解吸附方面有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。劉麗等[6]采用溶膠-凝膠法，500℃下煅燒樣品，制備納米MnO2硅藻土復(fù)合材料；XRD、SEM 顯示，MnO2為四方晶體，該晶體呈納米棒狀且均勻地負(fù)載于硅藻土表面。表明常溫常壓、自然光下納米MnO2負(fù)載硅藻土對(duì)氣體甲醛具有較好的降解活性，且造價(jià)低廉、無(wú)二次污染、可回收利用，具有較大的應(yīng)用前景。

2 聚合物/硅藻土

1907 年，從貝克蘭發(fā)明酚醛樹(shù)脂到現(xiàn)在，人類使用塑料的歷史已有百余年[7]。眾所周知，塑料的出現(xiàn)給人們生活帶來(lái)了極大的便利，隨之而來(lái)的環(huán)境問(wèn)題引起人們的注意。由于塑料各方面優(yōu)良的性能，在農(nóng)業(yè)、紡織、國(guó)防等領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用，與鋼鐵、木材、水泥構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)的四大基礎(chǔ)材料[8]。硅藻土應(yīng)用方面，聚合物有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

葛鐵軍等[9]制備了LDPE/硅藻土復(fù)合材料。硅藻土有機(jī)化處理后，與LDPE 進(jìn)行復(fù)合所得的復(fù)合材料除了復(fù)合材料的表面吸附作用外，也存在著復(fù)合材料對(duì)甲醛的相似相溶效應(yīng)，硅藻土通過(guò)與LDPE 復(fù)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛物理吸附與化學(xué)吸附的結(jié)合，進(jìn)一步提高了甲醛的吸附效率。且適量硅藻土的作用能有效提升復(fù)合材料的拉伸性能。該研究工藝簡(jiǎn)單、硅藻土易得，利于大規(guī)模的生產(chǎn)。

在眾多的污染處理技術(shù)中，自然界中分布最廣、含量最多的纖維素由于其來(lái)源廣泛且可再生、價(jià)格低廉、可自然生物降解等特性而被廣泛應(yīng)用。王佳楠等[10]以微晶纖維素、硅藻土為原料，以氫氧化鈉/尿素復(fù)合水溶液為溶劑，采用冷凍干燥法制備了纖維素/硅藻土復(fù)合材料。表征顯示，制備不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的纖維素的復(fù)合材料，其內(nèi)部具備纖維素氣凝膠疏松多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且硅藻土附在纖維素的鏈上，吸附效果較好。

3 天然產(chǎn)物/硅藻土

電氣石是含硼的天然環(huán)狀硅酸鹽，含有鈉、鎂等活潑金屬元素。兼?zhèn)錈犭娦院蛪弘娦裕瑯O易因靜電而使之帶電，由此稱之為電氣石。電氣石在環(huán)保領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，并成為近年來(lái)環(huán)保材料的熱點(diǎn)研究方向[11]。高如琴等[12]研究了以多孔陶瓷硅藻土基為載體，并在其表面浸漬硅藻土、電氣石，經(jīng)過(guò)低溫煅燒制備出了電氣石修飾的硅藻土基材料。該材料在燒結(jié)過(guò)程中硅藻土與超細(xì)電氣石粉 、燒結(jié)助劑通過(guò)堆積形成大量孔洞，孔洞在該復(fù)合材料顆粒上以及顆粒之間形成了連貫的孔洞結(jié)構(gòu)，具有較好的吸附性能。泥炭蘚是一種有機(jī)植物質(zhì)原料。胡明玉等[13]以硅藻土和泥炭蘚為首要原料，通過(guò)無(wú)機(jī)摻合料對(duì)材料強(qiáng)度和耐水性的調(diào)節(jié)，制備了硅藻土/泥炭蘚復(fù)合材料。并研究了材料強(qiáng)度、耐水性，選擇較優(yōu)的材料配比。該復(fù)合材料的毛細(xì)孔洞，使其在甲醛吸附方面具有一定的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

在目前硅藻土的改性研究中，較多的是利用光催化效應(yīng)進(jìn)行探索；較為熱門(mén)的研究是聚合物/硅藻土的吸附研究，將硅藻土的物理吸附與聚合物的化學(xué)吸附相結(jié)合。在光催化效應(yīng)方面，能夠解釋清楚其催化機(jī)理的研究較少。因此光催化機(jī)理和硅藻土/高分子聚合物的研究應(yīng)當(dāng)是科研人員研究的重點(diǎn)方向。