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        具有光催化空氣凈化功能的鋁網(wǎng)研制

        2020-05-09 06:34:32單興剛陳一鋒
        化工管理 2020年12期
        關(guān)鍵詞:一定量二氧化鈦溶膠

        單興剛 陳一鋒

        (1.浙江和諧光催化科技有限公司,浙江 紹興312000;2.上海萬銘環(huán)??萍脊煞萦邢薰?,上海201600)

        目前,室內(nèi)甲醛污染普遍存在,嚴(yán)重危害人體健康。納米光催化空氣凈化技術(shù)因其在室溫下能將甲醛徹底分解消除,且使用的光催化劑性能穩(wěn)定,能耗低,無二次污染等突出優(yōu)點(diǎn)成為了最有發(fā)展前景的室內(nèi)空氣治理技術(shù)。其中以n 型半導(dǎo)體TiO2光催化劑具有反應(yīng)條件溫和,能耗低,可以在常溫常壓下氧化分解污染物優(yōu)點(diǎn)。

        本文利用鋁網(wǎng)作為光催化劑的載體,鋁網(wǎng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較大的表面積和較低的流體阻力[1]。膨脹系數(shù)比TiO2膜大,容易在溫差變化時(shí)脫落。故需要添加一定量的粘合劑確保TiO2 薄膜與鋁網(wǎng)緊密結(jié)合[2][3]。本研究利用XRD分析薄膜表面特性,以甲醛為模擬污染物評(píng)價(jià)所制備鋁網(wǎng)的光催化性能,本研究結(jié)果對(duì)光催化鋁網(wǎng)的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

        1 試驗(yàn)

        鋁網(wǎng)表面處理:清洗用的水為經(jīng)沉降處理自來水,鋁網(wǎng)先經(jīng)過自來水,4%表面活性劑的乙醇水溶液分別清洗,再放入1%的硝酸和3%的磷酸(體積比為1:2)混合液中浸泡1h,用自來水超聲清洗15min,在100℃下烘干,備用。

        取一定量鈦酸四丁酯溶解于乙醇溶液中,在含有一定量雙氧水的去離子水中,強(qiáng)烈攪拌下滴加一定量鈦溶液,持續(xù)攪拌至均勻半透明的二氧化鈦水膠體,即為具有一定粘度的光催化前驅(qū)溶膠。

        取一定量的膠體,利用噴槍將溶膠噴在處理過的鋁網(wǎng)上。前軀體薄膜在100℃下干燥后,再于空氣氣氛中進(jìn)行200℃的熱處理15 min,通過噴涂和焙燒的次數(shù)來控制薄膜的厚度。為了保證薄膜的均勻性和不脫落,將升溫速率控制在5℃/min左右。

        甲醛降解的性能在1m3密封玻璃實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)行評(píng)價(jià)。檢測步驟參照浙江和諧光催化科技有限公司的《光催化鋁網(wǎng)測試方法》企標(biāo)中的規(guī)定進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)用紫外燈為25W 低壓汞燈,波長254nm。

        取0.2mL甲醛溶液于電加熱板上,關(guān)閉艙門,打開風(fēng)扇和電加熱開關(guān),約30min 后檢測儀中甲醛氣體濃度穩(wěn)定后記錄甲醛初始濃度,開啟紫外燈,每15 min 記錄甲醛檢測儀上的數(shù)據(jù)。為消除甲醛自然降解以及吸附的影響,空白試驗(yàn)也在同一評(píng)價(jià)艙中進(jìn)行。

        2 結(jié)果與討論

        圖1 TiO2光催化劑的XRD圖

        圖1 為TiO2溶膠經(jīng)歷與鋁網(wǎng)相同經(jīng)歷(干燥和熱處理)后XRD 圖譜,從圖2 不難發(fā)現(xiàn),最終得到的晶相是銳鈦礦型TiO2,而且結(jié)晶度較高,沒有其它雜質(zhì)晶相存在。據(jù)此,預(yù)計(jì)光催化鋁網(wǎng)有較好的活性。

        圖2 TiO2薄膜噴涂次數(shù)對(duì)光催化性能的影響

        圖2為不同層數(shù)光催化薄膜對(duì)甲醛降解曲線。原始鋁網(wǎng)無光催化活性。隨層數(shù)的增加,對(duì)甲醛的降解率增加。噴涂薄膜達(dá)到3次,反應(yīng)活性達(dá)到最高。噴涂次數(shù)繼續(xù)增加,光催化效率反而下降。這是由于噴涂薄膜第一次時(shí),薄膜上負(fù)載的二氧化鈦顆粒較少。隨著噴涂次數(shù)的增加,載體上光催化劑負(fù)載量增加,光催化性能逐漸提高。增加噴涂次數(shù)雖可增大膜厚,堆積在表面的二氧化鈦粉粒擋住了內(nèi)部粉粒接受紫外光,使得催化效率降低。此外,增加薄膜厚度會(huì)導(dǎo)致晶粒長大繼而減小比表面積。同時(shí)由于薄膜厚度增加,團(tuán)聚的大顆粒二氧化鈦容易脫落,導(dǎo)致光催化效率降低。

        甲醛的降解率隨時(shí)間的延長在60min 時(shí)能達(dá)到78.4%,120min 甲醛降解率為92.16%。隨著光催化反應(yīng)的進(jìn)行,甲醛濃度梯度減小,甲醛的光催化降解為表觀一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng),隨著濃度降低,其應(yīng)速度降低。表現(xiàn)在圖4中,開始時(shí)曲線較陡,隨著時(shí)間推移,曲線逐漸平緩。

        圖3 時(shí)間對(duì)光催化性能的影響

        3 結(jié)語

        文章通過溶膠-凝膠法制備的二氧化鈦溶膠涂覆鋁網(wǎng)上形成的TiO2涂層具有降解甲醛的高活性。而且涂層均勻,結(jié)合牢固。光催化鋁網(wǎng)在2h內(nèi)對(duì)其催化降解率可達(dá)92.16%。通過考察了噴涂薄膜次數(shù)對(duì)光催化鋁網(wǎng)降解甲醛性能的影響,總結(jié)出了最佳制作參數(shù)。

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