可见光光催化陶瓷板对室内空气中甲醛的去除研究.pdf
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1、可见光光催化陶瓷板对室内空气中甲醛的去除研究*武士川1,2(1蒙娜丽莎集团股份有限公司 广东 佛山 5 2 8 2 1 1)(2广东省大尺寸陶瓷薄板企业重点实验室 广东 佛山 5 2 8 2 1 1)摘 要 笔者以纳米二氧化钛(T i O2)为光催化剂,制备纳米二氧化钛光催化涂层液,并采用喷涂的方式制备可见光光催化陶瓷板,探究其对室内空气中甲醛的去除效果。采用粉末X射线衍射仪(X R D)和场发射扫描电镜(S EM)对纳米二氧化钛及可见光光催化陶瓷板结构性质进行表征。探讨了涂层中二氧化钛含量、光照强度、光催化时间等对陶瓷板催化去除室内空气中甲醛的影响。实验结果表明,纳米二氧化钛均匀分布在涂层中
2、,同时纳米二氧化钛涂层具有良好的耐洗刷性能,适当次数的洗刷有利于提高光催化性能;另外,涂层中二氧化钛含量、光照强度、光催化时间对室内空气中甲醛的光催化效率起到正向作用。由以上结果可知,本研究制备的可见光光催化陶瓷板涂层具有良好的耐久性并且具有优异的可见光光催化性能。关键词 建筑陶瓷 二氧化钛 光催化涂层 甲醛中图分类号:TQ 1 7 4.7 6 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-9 6 4 2(2 0 2 3)1 0-0 0 7 3-0 6R e m o v a l o fF o r m a l d e h y d eF r o mI n d o o rA i rb yV i s i
3、b l eL i g h tP h o t o c a t a l y t i cC e r a m i cP l a t eW uS h i c h u a n1,2(1M o n a l i s aG r o u pC o.L t d,G u a n g d o n g,F o s h a n,5 2 8 2 1 1,C h i n a)(2P o s t d o c t o r a lR e s e a r c hC e n t e r,M o n a l i s aG r o u pC o.L t d,G u a n g d o n g,F o s h a n,5 2 8 2 1 1,
4、C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i sp a p e r,n a n o t i t a n i u md i o x i d e(T i O2)w a su s e da sp h o t o c a t a l y s t t op r e p a r en a n o t i t a n i u md i o x i d ep h o t o c a t-a l y t i cc o a t i n gs o l u t i o n,a n dv i s i b l el i g h tp h o t o c a t a l y t i cc e r a
5、 m i cp l a t ew a sp r e p a r e db ys p r a y i n g,t oe x p l o r et h er e m o v a le f f e c t o f f o r m a l d e h y d e i n i n d o o r a i r.T h e s t r u c t u r e a n dp r o p e r t i e so f n a n o-s i z e d t i o2a n dv i s i b l e l i g h t p h o t o c a t a l y t i c c e r a m i cp l
6、a t e sw e r ec h a r a c t e r i z e db yp o w d e rX-r a yd i f f r a c t i o n(X R D)a n df i e l de m i s s i o ns c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y(S EM).T h ee f f e c t so f t i t a n i u md i o x i d e c o n t e n t,l i g h t i n t e n s i t ya n dp h o t o c a t a l y t i c t
7、i m eo n t h e r e m o v a l o f f o r m a l d e h y d e f r o mi n d o o ra i rb yc e r a m i cp l a t ew e r e i n v e s t i g a t e d.T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a t t h en a n o-T i O2c o a t i n g i se v e n l yd i s t r i b u t e d i nt h ec o a t i n g,a n d t h en a
8、n o-T i O2c o a t i n gh a sg o o dw a s h i n gr e s i s t a n c e,a n dt h e a p p r o p r i a t en u m b e r o fw a s h i n g i sb e n e f i c i a lt o i m p r o v e t h ep h o t o c a t a l y t i cp e r f o r m a n c e.I na d d i t i o n,t h ec o n t e n to f t i t a n i u md i o x i d e i nt h
9、ec o a t i n g,l i g h t i n t e n s i t ya n dp h o t o c a t a l y t i c t i m eh a v eap o s i t i v ee f f e c to nt h ep h o t o c a t a l y t i ce f f i c i e n c yo f f o r m a l d e h y d e i n i n d o o r a i r.A c c o r d i n gt ot h ea-b o v er e s u l t s,t h ev i s i b l e l i g h tp h
10、o t o c a t a l y t i cc e r a m i cp l a t ec o a t i n gp r e p a r e di nt h i ss t u d yh a sg o o dd u r a b i l i t ya n de x c e l l e n tv i s i b l e l i g h tp h o t o c a t a l y t i cp e r f o r m a n c e.K e yw o r d s:A r c h i t e c t u r a l c e r a m i c s;T i t a n i u md i o x i d
11、 e;P h o t o c a t a l y t i cc o a t i n g;F o r m a l d e h y d e 随着人们生活水平的提高,室内装修越来越普遍,装修用材越来越复杂,室内空气污染与治理成为人类居住环境新的热点话题。室内装修主要空气污染物包括甲醛、苯系物、氨气、T VO C、放射性和异味等,其中,甲醛被认为是室内空气污染物中最常见、危害最大的物质,主要来源于室内装修所用的人造木质板材、涂料、皮具、布料、胶水以及油漆等。室内人造板中甲醛的释放期一般为31 5年。甲醛(化学式HCHO)是一种无色、有强烈刺激性气味的气体,人体可感受的浓度值为0.0 61.2m g/m
12、3,当室内甲醛浓度大于0.0 8m g/m3时,易引起头晕、胸闷、呼吸不畅;中国在2 0 2 0年新颁布国标G B5 0 3 2 5民用建筑工程室内环境污染控制标准中明确规定,一类民用建筑室内甲醛的浓度必须低于0.0 7m g/m3。因此提高室内空气质量必须得到广泛的重视。目前,室内甲醛污染的处理方法包括植物吸收法、化学吸收法、吸附法、光催化氧化法、臭氧氧化法等15,其中,光催化氧化法被认为是经济、高效、持久、安全、绿色的室内空气净化方式之一。室37(陶瓷研究)2 0 2 3年1 0月 陶陶 瓷瓷 CC ee rr aa mm ii cc ss *作者简介:武士川(1 9 9 0-),硕士研究
13、生,工程师;主要研究方向为环保新材料、纳米新材料和有机无机复合材料的开发及其在新型功能陶瓷、室内空气净化领域的应用。内光催化氧化的核心是可见光催化剂。纳米二氧化钛(T i O2)由于具有较高的化学稳定性、热稳定性和产物无二次污染等众多优点,被认为是室内环境治理领域最具开发前途的环保型光催化材料。二氧化钛的晶型结构晶型的结构影响着光催化性能,一般分为有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型,其中,锐钛矿型纳米T i O2的光催化性能最高。目前已经有大量研究证明锐钛矿型纳米T i O2在室内空气治理领域具有良好的效果61 0。陶瓷板材因其极佳的装饰效果以及超耐用、易清洁、易打理等优点被广泛应用在室内地面及墙
14、面的装修中。陶瓷板材自身不具有光催化活性,需要引入光催化剂或者经过后处理方式实现。陶瓷板材通常需要经过超12 0 0的高温烧制,在这样的温度下,光催化会分解或者发生相变,再加上釉层玻璃相的侵蚀,光催化剂极易失活,因此将光催化剂直接加入釉层烧制的思路目前几乎无法实现。后处理方式主要是在陶瓷板材表面制备光催化涂层,杨等将光催化剂引入蜡层,采用打蜡和高压喷射的方式将光催化剂固定在蜡层内部和蜡层表面,制备得到了具有光催化功能的大理石瓷砖。但是该方法的使用需要前提条件,其一是陶瓷板材需要打蜡,其二是蜡层需要一定的厚度。而目前陶瓷板材品类众多,干粒面、仿古面、自然面等陶瓷砖表面无需打蜡,柔光面的瓷砖蜡水用
15、量少,表面无法形成连续的蜡层。因此,采用喷涂方式制备光催化涂层具有广谱性和实际意义。本研究旨在利用纳米二氧化钛优异的光催化效果,研发适用于陶瓷板材的纳米二氧化钛涂层液,采用喷涂方式在陶瓷板材上制备光催化的涂层,探究涂层的耐久性、稳定性及其对室内空气中甲醛的催化去除效果。实验结果可为制备具有可见光催化性能的陶瓷板材应用于室内空气污染治理方面提供参考以及理论依据。1 材料与方法1.1 实验药品及试剂本实验所用的纳米二氧化钛(2 0n m,9 9%)购买于上海巷田纳米材料有限公司,改性丙烯酸乳液购买于广州瑞麟新材料有限公司,瓷砖为蒙娜丽莎集团股份有限公司产品,实验所用其他药品及试剂均为分析纯,-缩水
16、甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH 5 6 0,9 7%),甲 基 纤 维 素(MC,1 5 m P as)、无 水 乙 醇(CH3CH2OH,9 9%)、甲醛溶液(HCHO,4 0%)及聚乙二醇(P E G-1 0 0 0,9 9%)购置于上海阿拉丁生化科技股份有限公司,实验用水为纯水。1.2 纳米二氧化钛涂层液及陶瓷板涂层的制备称取1 0.0gMC于烧杯中,加入1 0.0g无水乙醇,搅拌1 0m i n后,加入3 0.0g去离子水,搅拌直至MC完全溶解,得到2 0%MC溶液。然后分别称取1.0g、3.0g和5.0g纳米二氧化钛粉末于2 5 0m L烧杯中,依次加入3 6.0g、3 4.0g和3
17、 2.0g去离子水,搅拌超声分散后,每个烧杯中加入1.0g KH 5 6 0、2.0g P E G-1 0 0 0和1 0.0g 2 0%的MC溶液,继续搅拌混合均匀后,加入5 0.0g改性的丙烯酸乳液,搅拌混合均匀后,得到涂层液,编号为L 1、L 2和L 3。切取边长为1 0 c m4 0c m的长方形纯白色抛釉砖若干,先后用去离子水和无水乙醇清洗干燥后待用。使用蓝牌1 8 6枪式喷笔进行喷涂,喷嘴口径0.5mm,喷距1 5c m,喷涂方式为由下到上和由上到下往复共计2次。喷涂结束后,于1 0 0鼓风干燥箱中干燥3 0m i n,得到纳米二氧化钛陶瓷板,编号为S 1、S 2和S 3。1.3
18、纳米二氧化钛陶瓷板涂层的表征采用粉末X射线衍射仪(X R D,Em p y r e a n锐影,荷兰帕纳科公司),场发射扫描电镜(S EM,M e r l i n,德国蔡司公司)对制备的样品进行表征,场发射扫描电镜配有X射 线 能 谱 扫 描 仪(E n e r g yD i s p e r s i v eS p e c-t r o m e t e r,E D S),可以配合扫描电镜使用,在用扫描电镜进行样品表面形貌的观察时,同时用能谱仪对材料微区成分元素种类、含量及分布进行分析。X R D采用C uK 射线(=1.5 4 1 8),扫描步长0.0 1 3 1,扫描速度9.6 6 4 s/步,
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