孫茂鈞

(西南大學(xué)材料與能源學(xué)部， 400715)

光催化氧化技術(shù)去除室內(nèi)甲醛的研究進展

孫茂鈞

(西南大學(xué)材料與能源學(xué)部， 400715)

室內(nèi)甲醛是室內(nèi)空氣污染物的重要組成，具有很強的毒性，極大地威脅著人們的身體健康。通風(fēng)換氣法、物理吸附法、植物吸收法是目前居室內(nèi)去除甲醛的主要措施，但都存在著甲醛降解效率不高、易造成二次污染等缺點。光催化氧化技術(shù)去除甲醛由于其去除效率高、不易造成二次污染,且原理及工藝相對簡單等優(yōu)點，成為近年來國內(nèi)外專家學(xué)者的研究熱點。文章介紹了光催化氧化技術(shù)去除室內(nèi)甲醛的主要原理，總結(jié)了近年來光催化氧化技術(shù)去除室內(nèi)甲醛的重要研究進展。

室內(nèi)甲醛；防治措施；光催化氧化技術(shù)

甲醛(Formaldehyde)，又稱蟻醛，是一種無色且?guī)в袕娏掖碳ば詺馕兜挠泻怏w。多項研究表明，甲醛具有致畸、致癌等作用，是一種公認的病態(tài)反應(yīng)源[1]。長期生活在一定濃度甲醛的環(huán)境中，人體的呼吸系統(tǒng)[2]、免疫系統(tǒng)[3，4]、內(nèi)分泌系統(tǒng)[5]和神經(jīng)系統(tǒng)[6，7]都會受到不同程度的破壞，并引發(fā)相關(guān)疾病。由于甲醛的致畸、致癌等作用，其能夠誘導(dǎo)肺、胰腺、造血系統(tǒng)等組織癌變，也能夠?qū)е屡咛セ蝃8-11]。

室內(nèi)甲醛主要來源于居室內(nèi)裝修裝飾材料，尤其是膠合板、刨花板等人造板中的粘合劑[1，12，13]。同時日化用品的使用，煙草和燃料的燃燒也能夠造成部分室內(nèi)甲醛污染[14，15]。

隨著科技、衛(wèi)生的不斷進步，室內(nèi)甲醛越來越受到人們的廣泛關(guān)注，室內(nèi)甲醛的防治措施也成為了國內(nèi)外專家學(xué)者的研究熱點。越來越多的研究表明，過去人們生活中去除甲醛所普遍采用的通風(fēng)換氣法、植物吸收法、物理吸附法等降解甲醛效率低，且易造成二次污染。而近年來不斷發(fā)展的光催化氧化技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比，具有降解效率高、不易造成二次污染等優(yōu)點。本文基于此背景并結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果總結(jié)了光催化氧化技術(shù)去除室內(nèi)甲醛的研究現(xiàn)狀。

1 反應(yīng)機理

光催化氧化技術(shù)去除室內(nèi)甲醛是指利用光催化劑，在光照條件下把甲醛氣體催化氧化成無毒的CO2和H2O，以達到減少室內(nèi)甲醛污染的目的。大量研究認為，吸附在光催化劑表面的O2和H2O被電子及空穴轉(zhuǎn)化為活性羥基自由基(·OH)及超氧陰離子自由基(O2-)，·OH及O2

-將甲醛氧化成甲酸，最終降解為CO2和H2O[16-18]。光催化劑的選擇對于光催化氧化過程至關(guān)重要，其活性高低能夠顯著影響光催化氧化的效果[18]。目前研究中所使用的光催化劑主要是TiO2、ZnO2等n型半導(dǎo)體氧化物。TiO2具有物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、光催化效率高、且價廉無毒的優(yōu)點，是目前最常用的光催化劑[18，19]。

2 研究進展

齊虹[18]利用間歇法研究了甲醛初始濃度、溫度、相對濕度和臭氧量對甲醛降解過程的影響。結(jié)果表明，甲醛初始濃度與甲醛降解效率呈負相關(guān)的關(guān)系，溫度與甲醛降解效率呈正相關(guān)的關(guān)系，最佳相對濕度為30%，且甲醛光催化降解反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)，并可用Langmuir-Hinshelwood動力學(xué)方程來描述。

彭洪根、應(yīng)家偉等人[20]將少量Pt負載于銳鈦礦型TiO2并進行La摻雜，研究其在室溫氧化低濃度甲醛的作用。結(jié)果表明，采用Pt/La-TiO2粉體制備的整體催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能，Pt/La-TiO2對甲醛轉(zhuǎn)化率高于80%，活性高達96%以上，且在連續(xù)反應(yīng)40 h后其活性沒有下降的趨勢。

全麗艷、呂功煊等人[21]應(yīng)用循環(huán)伏安法和漫反射紅外光譜考察了草酸鹽對甲醛光催化氧化過程的作用。結(jié)果表明，草酸鹽對于甲醛的中間產(chǎn)物甲酸具有清除作用，能夠加速反應(yīng)進程。

范澤云、張志翔等人[22]利用沉淀法制備了CO3O4催化劑并測試了其甲醛催化氧化性能。結(jié)果表明，含鈷氧化物具有較高的催化氧化甲醛能力，而加入一些如鉀的堿金屬可有效促進甲醛的催化氧化進程，以KHCO3為沉淀劑制備的CO3O4樣品的甲醛催化氧化性能最佳。

王鵬、王秋等人[23]通過溶膠-凝膠法制備了N和Bi共摻雜TiO2光催化劑，并研究了其催化氧化室內(nèi)甲醛的性能。結(jié)果表明，Bi0.15Ti0.85O2-N(0.2)光催化劑表現(xiàn)出了最好的降解甲醛性能，甲醛轉(zhuǎn)化率高達92.0%，較Bi單摻催化劑催化效率提高50%。

馬曉軍、李冬娜[24]等人利用溶膠-凝膠法制備了木質(zhì)活性炭纖維負載納米光催化復(fù)合材料，并研究了WACFS/TiO2催化劑用量、納米TiO2負載量對降解甲醛效果的影響。結(jié)果表明，木質(zhì)活性炭纖維負載納米材料具有優(yōu)良的甲醛降解效果，伴隨TiO2負載量的增多，其對甲醛的降解率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步，近年來光催化氧化技術(shù)去除甲醛的研究取得了顯著成果，為室內(nèi)甲醛的防治提供了許多有效途徑。目前，主要通過離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬改性等對TiO2光催化劑改性，從而提高其降解甲醛的效率。眾多研究表明，將光催化氧化技術(shù)與物理吸附法等傳統(tǒng)辦法或等離子體技術(shù)等甲醛去除新技術(shù)結(jié)合使用，能夠取得更佳的甲醛去除效果。

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