段 瓊，付正詳，邱 梅

（四川工商職業(yè)技術學院，四川 都江堰 611830）

載銀活性炭負載TiO2對甲醛的吸附降解性能研究

段 瓊，付正詳，邱 梅

（四川工商職業(yè)技術學院，四川 都江堰 611830）

以載銀活性炭顆粒負載TiO2作催化劑, 在紫外光照射下降解甲醛氣體, 考察了微波特殊場處理、紫外光光強、TiO2負載量及反應時間等主要因素對甲醛光催化降解率的影響，并考察了催化劑在反復使用后的失活情況。

甲醛； 光催化；微波；載銀活性炭；TiO2

室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為世界各國廣泛關注的環(huán)境問題,甲醛是典型的室內(nèi)空氣有機污染物之一，主要來源于室內(nèi)裝飾裝修材料、家具和涂料等，已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌物和致畸物。常用的甲醛去除方法一般為吸附法、涂覆法、光觸媒催化法、化學噴霧專業(yè)藥劑等，但都有一定的局限性。本文以載銀活性炭（ACF-Ag）為載體[1-4]制備TiO2-ACF-Ag催化劑，研究了催化劑TiO2-ACF-Ag對甲醛吸附與降解性能的影響因素。

1 實驗

1.1 原料

載銀活性炭，納米二氧化鈦粉末(Deggusa P-25)，甲醛(分析純)。

1.2 TiO2-ACF-Ag催化劑的制備

所用載銀活性炭（粒徑0.15mm）使用前于150℃下活化2h。將一定量的TiO2粉末用少量蒸餾水拌勻，制得TiO2懸浮液。將制得的懸浮液涂抹到ACF-Ag表面，形成薄膜，風干10min 后重復涂抹（約2～3次）得到TiO2- ACF-Ag薄膜。

烘干法:將TiO2-ACF-Ag薄膜于烘箱中在105℃下烘2h后，冷卻至室溫，制得TiO2-ACF-Ag光催化復合材料，置于干燥器中備用。

微波法:將TiO2- ACF-Ag薄膜在600W的功率下輻射10min制得TiO2-ACF-Ag光催化復合材料,置于干燥器中備用。

2 結果與討論

2.1 TiO2負載量和制備方法對甲醛去除率的影響

2.1.1 烘干法

圖1 TiO2負載量對烘干樣品甲醛去除率的影響

TiO2負載在ACF-Ag上勢必會影響ACF-Ag的吸附特性，為了掌握TiO2負載量對ACF-Ag吸附性能的影響，進行了幾組實驗，結果如圖1所示。圖1給出的是烘干法制備時TiO2負載量對甲醛去除率的影響。實驗條件為:紫外光源40W，溫度25℃，濕度40%，甲醛初始濃度為80 mg·m-3。由圖1可以看出，復合材料TiO2-ACF-Ag對甲醛的光催化降解能力隨TiO2的負載量呈先增大后減小的趨勢，當負載量達3.5g·g-1時，其凈化甲醛的能力達到最大。這主要是由于少量TiO2附著在ACF-Ag上時，ACF-Ag的物理吸附起主要作用，后隨TiO2量的增多，光催化作用充分發(fā)揮出來；當TiO2太多時，顆粒聚集，既堵塞了ACF-Ag的孔隙，使ACF表面積急劇減小，又因相互間遮光影響光催化效果。實驗得出的最佳負載量為3.5g·g-1左右，這與之前研究結果[5]基本吻合。但催化劑的甲醛去除率較之前研究結果略高，這可能與活性炭載銀的某些特殊性有關[6]。

2.1.2 微波法制備的TiO2- ACF-Ag催化劑

圖2給出的是微波法制備時TiO2負載量對甲醛去除率影響和烘干法制備時甲醛去除率影響的對比。2種方法實驗條件相同。從微波法的曲線可以看出，TiO2負載量對甲醛去除率的影響趨勢線與烘干法基本相同，但微波法制備的樣品凈化甲醛能力的最大值出現(xiàn)在4g·g-1左右，比烘干法的負載量大。同時，相同負載量時，微波法制備的催化劑的甲醛去除率比烘干法催化劑略高，這可能是由于微波特殊場的處理能夠增大活性炭的表面積[7]，從而增大TiO2負載量，增強吸附作用。以下實驗均為微波法制備的4g(TiO2)/g(ACF-Ag)樣品。

圖2 TiO2負載量對微波法和烘干法的甲醛去除率的影響對比

2.2 紫外燈強度對甲醛去除率的影響

圖3 光強對甲醛去除率的影響

圖3的實驗結果說明，反應120min時開1支（20W）和2只(40W)紫外燈甲醛的去除率分別為90.91%和98.77%，紫外光的增強使催化劑對甲醛的去除率有一定程度的提高，這是因為光反應的活化能來源于光子的能量，光子的吸收與光強成正比，光催化反應速率隨光強而增加，入射光源功率越大，光子越強，光催化效率越高。但甲醛的去除率并不隨光強的增加成倍增大，這可能跟催化劑的活性位有關。以下實驗均開啟2只紫外燈，功率選擇40W。

2.3 反應時間對甲醛去除率的影響

反應時間對甲醛去除率的影響見圖4。由圖4可知, 在反應初期甲醛的去除率上升得比較快, 80min時已達到92.14%。隨著時間的延長, 甲醛去除率的上升越來越慢, 120min時反應基本停止, 最終甲醛去除率只能達到98.77%。究其原因可能是:首先, TiO2的催化反應只發(fā)生在與其直接接觸的污染物表面， 在甲醛降解反應后期過多反應產(chǎn)物會附著在催化劑表面， 阻礙催化劑與甲醛的直接接觸，造成催化劑失活；隨著反應的進行，活性炭的空隙也會被反應產(chǎn)物和水分堵塞，使其對甲醛的吸附聚集作用逐漸減弱。其次， 隨著甲醛濃度的降低， 甲醛從氣相主體向催化劑表面的傳質擴散和吸附成為控制反應進程的主要影響因素[8]， 極低濃度的游離甲醛分子很難被TiO2全部吸附到表面， 反應無法進行到底。

圖4 反應時間對甲醛去除率的影響

2.4 光催化劑的失活與再生

重復使用次數(shù)對甲醛去除率的影響見圖5。從圖5可以看出，反復使用5次后，催化劑對甲醛的去除率仍可以達到82%，保持了較高的催化效果；第6次使用后，催化效果有明顯減弱，甲醛的去除率降到63%。這是由于反應副產(chǎn)物、中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)物（水和二氧化碳分子）在催化劑表面吸附或積累，封鎖活性位， 阻礙·OH和·O自由基的生成。同時，光催化氧化反應的關鍵是實現(xiàn)光生電子和空穴的有效分離，并且遷移至表面的空穴被捕獲生成具有強氧化性的羥基自由基，從而把有機污染物氧化為CO2和H2O等無害物質。因而在光催化甲醛氧化反應中，隨著羥基自由基數(shù)量的減少，一定程度上會降低光催化劑活性。

圖5 重復使用次數(shù)對甲醛去除率的影響

3 結論

1) 烘干法制備的TiO2-ACF-Ag催化劑擔載量為3.5g·g-1時，其凈化甲醛的能力最大，而微波法制備的催化劑擔載量為4g·g-1左右時最大。且由于微波特殊場的作用，微波法制備的催化劑去除甲醛的能力略高于烘干法制備的催化劑，故制備催化劑時，微波法優(yōu)于烘干法。

2)增大紫外光的光強，可以提高甲醛的去除率。當反應120min后，紫外光從20W增大到40W時，甲醛去除率增大了8%。

3)隨著反應時間的延長, 甲醛去除率上升幅度逐漸減小，120min達98.77%后反應保持不變,甲醛最終無法被徹底清除。

4)催化劑在連續(xù)使用一段時間后， 光催化降解甲醛過程中， 會產(chǎn)生催化劑失活現(xiàn)象。重復使用次數(shù)控制在5次以內(nèi)，對甲醛的去除率不會有明顯的下降。

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Adsorption and Degradation Properties of TiO2-ACF-Ag for Formaldehyde

DUAN Qiong, FU Zheng-xiang, QIU Mei
(Sichuan Technology & Business College, Dujiangyan 61183 0, China)

Adsorption and degradation properties of TiO2-ACF-Ag under UV-light was studied. The main controlling factors which affected the degradation rate of formaldehyde such as the microwave irradiation, the intensity of UV-light, the capacity of TiO2loaded and the reactive time were discussed. Then the deterioration of the catalyst activity after long term of use was obvious.

formaldehyde; photocatalytic; microwave irradiation; activated carbon with silver; titanium dioxide

O 647.32

A

1671-9905(2015)04-0020-03

2015-02-02