胡明玉，周 俠，鄢 升，趙麗娜

（南昌大學(xué)江西省超低能耗建筑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330031）

室內(nèi)空氣環(huán)境包括室內(nèi)熱濕環(huán)境和室內(nèi)空氣質(zhì)量.隨著生活水平的提高，人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱濕環(huán)境越發(fā)關(guān)注.從室內(nèi)空氣質(zhì)量看，建筑裝修以及家具材料等釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）越發(fā)復(fù)雜，而甲醛是室內(nèi)最常見的VOC氣體，其釋放周期可達(dá)10 a以上［1］.2004年，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)就將甲醛歸類為對(duì)人類致癌物質(zhì)［2］.從室內(nèi)熱濕環(huán)境看，較高的濕度環(huán)境不但會(huì)使人體不舒適，還會(huì)促進(jìn)室內(nèi)微生物滋生，使人更容易患風(fēng)濕性和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾??；在較低濕度環(huán)境，也增加空氣傳染病毒與細(xì)菌的風(fēng)險(xiǎn)，引起呼吸系統(tǒng)疾病.因此，室內(nèi)空氣環(huán)境對(duì)居住者的健康和舒適性具有重要意義.

為改善室內(nèi)熱濕環(huán)境，近年來隨著對(duì)節(jié)能和多功能材料的重視，促進(jìn)了新型調(diào)濕材料的發(fā)展.Vu等［3］用硅藻土、火山灰和過硼酸鈉在1 000℃燒結(jié)制備調(diào)濕材料，其吸濕量達(dá)（65±4）g/m2.Hu等［4］在不同的煅燒溫度下制備新型的硅藻土/碳酸鈣復(fù)合調(diào)濕材料，其在98%RH濕度、72 h內(nèi)的除濕率達(dá)到了11.66%.胡明玉等［5］以硅藻土等為原材料制備具較高強(qiáng)度和耐水性的調(diào)濕材料，并對(duì)材料的強(qiáng)度、耐水性及調(diào)濕性能及其形成機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究.對(duì)于降低室內(nèi)甲醛濃度，TiO2光催化材料由于無毒性、化學(xué)穩(wěn)定性好以及低成本的優(yōu)點(diǎn)，引起了廣泛的關(guān)注.但TiO2僅在紫外光照射下才具有光催化活性，并且其較弱的載流子分離能力和較差的吸附能力也阻礙了它的應(yīng)用.改善TiO2光催化活性的方法主要有摻雜金屬或非金屬離子、多個(gè)半導(dǎo)體偶聯(lián)和化學(xué)修飾等.Zhong等［6］將異丙醇鈦、HCl和氧化的g-C3N4置于150℃高壓滅菌器中20 h來合成Og-C3N4/TiO2，讓Og-C3N4和TiO2間形成共價(jià)異質(zhì)結(jié)，使光催化劑TiO2禁帶寬度減小，從而增強(qiáng)其在可見光下光生電荷載流子的分離能力，使其在助催化劑Pt的共同作用下，將水催化成氫氣.Liu等［7］通過煅燒將尿素和TiO2合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的g-C3N4-TiO2，有效減少光生電子和空穴的重組中心，在可見光下，g-C3N4-TiO2的甲醛降解率可達(dá)37.5%.董少佳［8］研究了N-TiO2/硅藻土復(fù)合材料，其不僅有較高的可見光吸收能力，還提高了對(duì)紫外光的吸收，可將室內(nèi)甲醛濃度從1.75 mg/m3降解至0.281 mg/m3.Wang等［9］采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法合成了V-TiO2/硅藻土復(fù)合光催化劑，不僅能使其吸收邊緣紅移至可見光區(qū)，增強(qiáng)載流子分離能力，而且硅藻土作為載體能很好地負(fù)載TiO2并吸附甲醛.

本文采用簡(jiǎn)單的煅燒工藝制備g-C3N4-TiO2，并將其與硅藻土/泥炭蘚基調(diào)濕材料復(fù)合得到光催化調(diào)濕材料，研究其調(diào)濕和自然光下降解甲醛的性能及機(jī)理.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

硅藻土，取自江西省廣昌縣，粒徑為8～12μm，以圓盤藻為主.無機(jī)改性摻合料，由江西新余某鋼鐵廠的釩鐵渣和少量無機(jī)摻合料復(fù)合而成，用于改善材料的強(qiáng)度和耐水性.泥炭蘚，市購(gòu)，采用球磨機(jī)將泥炭蘚纖維長(zhǎng)度處理至0.1 mm左右.納米TiO2，購(gòu)自阿拉丁試劑（上海）有限公司，粒徑5 nm.尿素（CO（NH2）2），購(gòu)于西隴科學(xué)股份有限公司.硅藻土和無機(jī)改性摻合料的化學(xué)組成見表1.

表1 硅藻土和無機(jī)改性摻合料的化學(xué)組成Table 1 Chemical compositions of diatomite and inor ganic modified admixtur e w/%

1.2 材料制備及研究方案

1.2.1 g-C3N4-TiO2制備

將尿素與TiO2按質(zhì)量比3∶1、5∶1、7∶1分別混合后在瑪瑙缽中充分研磨，然后裝入氧化鋁坩堝，密封后將其放入馬弗爐中，以10℃/min速率升溫至520℃后保溫2 h，即得到不同配比的g-C3N4-TiO2，編號(hào)分別為NT-3、NT-5、NT-7.同時(shí)，將尿素按上述煅燒流程制成g-C3N4.

1.2.2 g-C3N4-TiO2/硅藻土/泥炭蘚光催化調(diào)濕材料制備

前期研究可知［10］，在泥炭蘚摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為5%～13%，無機(jī)改性摻合料摻量為20%，TiO2摻量為15%時(shí)，TiO2/硅藻土/泥炭蘚復(fù)合調(diào)濕材料的耐水性、抗壓強(qiáng)度、調(diào)濕性能均較好，在紫外光下能產(chǎn)生較好的光催化降解甲醛作用.在前期研究的基礎(chǔ)上，按表2配備硅藻土/泥炭蘚基體材料，在保證較好調(diào)濕性能的前提下，尋求在自然光下提高光催化降解甲醛效果的途徑.采用攪拌混合方式，將硅藻土/泥炭蘚調(diào)濕基材分別負(fù)載TiO2、NT-3、NT-5和NT-7光催化劑，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)后得到g-C3N4-TiO2/硅藻土/泥炭蘚復(fù)合光催化調(diào)濕材料，編號(hào)分別為NTD-0、NTD-3、NTD-5、NTD-7.

表2 g-C 3N4-TiO 2/硅藻土/泥炭蘚復(fù)合光催化調(diào)濕材料的配合比Table 2 Mix proportions of g-C3N 4-TiO2/diatomite/sphagnum composite photocatalytic humidity-controlling material

1.3 試驗(yàn)和研究方案

構(gòu)建5個(gè)邊長(zhǎng)均為600 mm的正方體玻璃小室，每個(gè)小室由6塊3 mm厚的透明玻璃拼裝而成.5個(gè)小室中，4個(gè)為試驗(yàn)小室，另外1個(gè)為空白對(duì)照小室，不涂覆任何材料.分別按表2中4組材料的配比，將4組混合料用電動(dòng)噴槍均勻噴涂在4個(gè)試驗(yàn)小室內(nèi)的3個(gè)側(cè)面和底面，厚度為0.25 mm.每個(gè)小室保留2個(gè)朝陽(yáng)面的位置不噴涂材料，以使玻璃小室內(nèi)部具有相同且足夠的自然光照.材料噴涂完畢并養(yǎng)護(hù)7 d后，在每個(gè)玻璃小室內(nèi)中央處放置相同的甲醛釋放源、溫濕度傳感器和甲醛測(cè)定儀.同時(shí)，在室外距地0.6 m高度也放置溫濕度傳感器.待各儀器示數(shù)平穩(wěn)后，用封口膜將小室密封.采用X800-32-XZ型無紙記錄儀記錄空氣溫濕度和甲醛濃度數(shù)據(jù)，記錄間隔為1 h，試驗(yàn)周期為6 d.

1.4 材料表征

采用D8 Advance型X射線衍射儀（XRD）進(jìn)行各樣品的物相組成分析.采用Quanta 200F型環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）分析樣品的微觀結(jié)構(gòu)形貌.采用Nicolet iS50型傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）分析材料的官能團(tuán)及化學(xué)鍵的變化.采用英國(guó)愛丁堡儀器公司的FLS1000型熒光光譜儀（PL）研究材料內(nèi)部的光生電子和光生空穴，在室溫下以320 nm波長(zhǎng)做激發(fā)源.采用MY 18030002型紫外-可見分光光度計(jì)（UV-Vis）分析樣品在紫外可見光區(qū)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度，觀察吸收邊緣，并根據(jù)Kubelka-Munk公式估算各樣品的禁帶寬度，分析其光催化效果：

式中：α為吸光指數(shù)；h為普朗克常量；ν為頻率；C為常數(shù)；Eg為半導(dǎo)體禁帶寬度.

2 結(jié)果與討論

2.1 小室調(diào)濕調(diào)溫和降解甲醛的效果

2.1.1 濕度和溫度調(diào)節(jié)的效果

圖1為各小室內(nèi)外的溫濕度變化情況，試驗(yàn)時(shí)間為2019-10-29～2019-11-04.由圖1可見：（1）室外和對(duì)照小室的相對(duì)濕度波動(dòng)較大，且其波動(dòng)的位相與溫度相反.因?yàn)榘滋鞙囟雀邥r(shí)相對(duì)濕度低，夜間溫度低時(shí)的相對(duì)濕度大，故符合溫濕度變化規(guī)律.（2）室外和對(duì)照小室的相對(duì)濕度波動(dòng)很大，為45%～90%RH.涂覆NTD-0小室的相對(duì)濕度穩(wěn)定在58%左右，涂覆NTD-3、NTD-5和NTD-7小室的相對(duì)濕度穩(wěn)定在58%～60%.GB 50736—2012《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，人體在40%～60%RH的環(huán)境感覺舒適，由此可知硅藻土/泥炭蘚調(diào)濕材料負(fù)載了g-C3N4-TiO2后仍具有很好的濕度調(diào)節(jié)作用.（3）各小室內(nèi)外溫度曲線的變化趨勢(shì)基本相同.由于玻璃小室的溫室效應(yīng)，對(duì)照小室和試驗(yàn)小室白天的最高溫度均會(huì)略高于室外氣溫，但試驗(yàn)小室溫度比對(duì)照小室低1～2℃；夜晚室外氣溫較低時(shí)，試驗(yàn)小室最低溫度比對(duì)照小室高1～2℃.說明光催化調(diào)濕材料除調(diào)節(jié)濕度外，還有一定調(diào)節(jié)溫度的作用.調(diào)溫作用主要由硅藻土調(diào)濕材料吸放濕作用所致：白天溫度較高，小室內(nèi)相對(duì)濕度較低，調(diào)濕材料釋放水分，隨著水分從毛細(xì)孔中逸出，吸收汽化潛熱，從而降低小室溫度；夜晚溫度較低，室內(nèi)相對(duì)濕度較高，調(diào)濕材料吸收水蒸氣的同時(shí)釋放液化潛熱，從而提高小室內(nèi)最低溫度.

圖1 各小室內(nèi)外溫濕度隨時(shí)間的變化Fig.1 Changes of temperature and humidity of indoor and outdoor of chambers with time

2.1.2 降解甲醛的效果

光催化降解甲醛試驗(yàn)從2019年10月29日15時(shí)開始，圖2為各小室內(nèi)甲醛濃度隨時(shí)間的變化.由圖2可見：（1）4個(gè)小室中材料在自然光下降解甲醛的效果為：NTD-5＞NTD-7＞NTD-3＞NTD-0.（2）甲醛濃度波動(dòng)的位相剛好與相對(duì)濕度相反，相對(duì)濕度小時(shí)，甲醛濃度大，反之亦然.（3）試驗(yàn)至第3 d時(shí)，涂覆NTD-0小室的最高甲醛濃度達(dá)0.6 mg/m3，涂覆NTD-3、NTD-7小室的最高甲醛濃度分別為0.42、0.32 mg/m3，涂覆NTD-5小室的甲醛濃度基本能穩(wěn)定0.1 mg/m3以下，達(dá)到GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一般民用建筑工程室內(nèi)的合格甲醛濃度標(biāo)準(zhǔn)（0.1 mg/m3）.NTD-5降解甲醛的效率最高，歸因于g-C3N4和TiO2間形成共價(jià)異質(zhì)結(jié)，會(huì)減緩光生電子（e-）和光生空穴（h＋）的重組；NTD-3由于摻入的氮源較少，故g-C3N4和TiO2間形成的共價(jià)異質(zhì)結(jié)有限；NTD-7摻入的氮源過多，生成的g-C3N4量過大，無法全部與TiO2形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，富余的g-C3N4納米片光生載流子復(fù)合率快以及光量子效率低，不能有效進(jìn)行光催化降解［7，11］.

圖2 各小室甲醛濃度隨時(shí)間的變化Fig.2 Change of formaldehyde concentration in chambers with time

此外，晝夜溫濕度變化會(huì)影響甲醛源的釋放速率：白天溫度較高、濕度低，甲醛分子動(dòng)能增大，活化能高，甲醛釋放速率大；夜晚溫度低、濕度高，甲醛釋放速率低.因此，小室內(nèi)空氣甲醛濃度的大小取決于甲醛釋放速率、光催化降解效率和材料對(duì)甲醛的吸附等因素的綜合作用.白天甲醛釋放速率大，然而因有自然光照，光催化降解作用好，且光催化作用不僅降解小室內(nèi)空氣中的甲醛，還降解材料中吸附的甲醛，降解量大.若光催化降解甲醛總量小于甲醛釋放總量，室內(nèi)甲醛濃度則上升；若光催化作用強(qiáng)，降解甲醛總量大于甲醛釋放總量，則室內(nèi)甲醛濃度下降.夜晚甲醛釋放速率低，但沒有自然光照，即無光催化降解作用，小室內(nèi)空氣的甲醛濃度受甲醛釋放速率和材料吸附甲醛量控制.若白天材料的光催化效率高，則可把空氣和材料中的甲醛濃度降解至更低；夜晚雖無光催化降解作用，但甲醛釋放速率低，由于富含微細(xì)孔隙的材料中甲醛含量低，利用材料的吸附效應(yīng)也可使空氣中甲醛濃度降低，即產(chǎn)生光催化-吸附協(xié)同效應(yīng).由圖2可以看出，NTD-5的光催化-吸附協(xié)同效應(yīng)最好，無論是白天還是夜間都能將小室內(nèi)的甲醛濃度控制到0.1 mg/m3以下.

2.2 微觀結(jié)構(gòu)及機(jī)理分析

2.2.1 X射線衍射分析

圖3為g-C3N4、TiO2、NT-5和NTD-5的XRD圖譜.由圖3可見：在2θ角為25.2°、37.6°及48°等位置出現(xiàn)銳鈦礦晶相的衍射峰，說明TiO2主要為銳鈦礦結(jié)構(gòu)；g-C3N4和NT-5在13°和27.1°位置均出現(xiàn)了g-C3N4的衍射峰，且NT-5還保留有銳鈦礦晶相的衍射峰；g-C3N4的存在不僅不會(huì)影響TiO2自身的晶體結(jié)構(gòu)，銳鈦礦晶相衍射峰強(qiáng)度還有所增強(qiáng)，說明在適當(dāng)高溫作用下銳鈦礦相的結(jié)晶程度變高，能避免較多的晶格缺陷，減少光生電子-空穴的復(fù)合中心，與文獻(xiàn)［12］的研究結(jié)果相同；經(jīng)養(yǎng)護(hù)的NTD-5中除存在TiO2銳鈦礦和g-C3N4外，還存在Ca14Mg2（SO4）8（白硅鈣石）、Ca·1.7MgO·3SiO4（鎂白硅鈣石）、2CaO·Al2O3·SiO2（鈣鋁黃長(zhǎng)石）等礦物，它們是由無機(jī)改性摻合料與硅藻土原料中的SiO2和Al2O3發(fā)生離子交換和硬凝反應(yīng)而成.隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，材料內(nèi)部反應(yīng)產(chǎn)物增多，化學(xué)結(jié)合力增大，可以使材料的強(qiáng)度和耐水性提高［10］.NTD-5養(yǎng)護(hù)60 d后的抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)分別為6 MPa和0.66.

圖3 g-C3N 4、TiO 2、NT-5和NTD-5的XRD圖譜Fig.3 XRD patterns of g-C3N 4，TiO2，NT-5 and NTD-5

2.2.2 掃描電子顯微分析

圖4為NT-5、硅藻土/泥炭蘚基體和NTD-5的ESEM照片.由圖4可見：NT-5顆粒尺寸在10～15 nm粒級(jí)，顆粒微小致表面張力很大，產(chǎn)生納米團(tuán)聚效應(yīng)，會(huì)限制NT-5與甲醛分子的接觸面積，進(jìn)而影響NT-5的光催化降解效率；硅藻土/泥炭蘚基體中圓盤藻結(jié)構(gòu)的硅藻土表面分布大量納米級(jí)孔隙，表面較為粗糙；在硅藻土表面和孔洞中均有分散的NT-5納米顆粒，硅藻土/泥炭蘚基負(fù)載納米顆?？梢员苊釴T-5顆粒的團(tuán)聚.Tang等［13］的研究已表明，利用大比表面積、高孔隙率、粗糙表面的硅藻土作為載體，使納米TiO2顆粒盡可能均勻分布在硅藻土表面和孔結(jié)構(gòu)中，避免團(tuán)聚，是增強(qiáng)其光催化活性的原因之一.

圖4 NT-5、硅藻土/泥炭蘚基和NTD-5的ESEM照片F(xiàn)ig.4 ESEM photos of NT-5，diatomite/sphagnum composite and NTD-5

2.2.3 紫外-可見吸收光譜分析

圖5為TiO2、NT-3、NT-5、NTD-5的UV-Vis吸收光譜以及根據(jù)式（1）估算得到的帶隙圖.由圖5可見：相較于TiO2，隨著TiO2摻雜尿素比例的增加，NT-3、NT-5、NTD-5的吸光度均高于TiO2，且吸收邊緣均向更高波長(zhǎng)處紅移，擴(kuò)展至可見光區(qū)域；曲線的直線段反向外延與橫坐標(biāo)軸相交，相交交點(diǎn)為該材料的禁帶寬度.TiO2的禁帶寬度為3.31 eV，NT-3、NT-5的禁帶寬度分別為3.11、3.09 eV，NTD-5的禁帶寬度為2.89 eV，說明TiO2上插裝了g-C3N4納米片后，光催化劑的禁帶寬度變窄.g-C3N4與TiO2形成Ⅱ型異質(zhì)結(jié)后，g-C3N4導(dǎo)帶上的電子通過異質(zhì)結(jié)躍遷到TiO2上，而TiO2價(jià)帶上的空穴h＋會(huì)轉(zhuǎn)移到g-C3N4價(jià)帶上，電荷的轉(zhuǎn)移是g-C3N4-TiO2禁帶寬度變窄的原因［14］.NTD-5光催化調(diào)濕材料的禁帶寬度比光催化劑NT-5更小，這可能歸因于g-C3N4-TiO2和硅藻土之間的電子相互作用.g-C3N4-TiO2與硅藻土的相互作用可能對(duì)硅藻土晶格參數(shù)產(chǎn)生影響，硅藻土晶格參數(shù)的變化又反過來對(duì)g-C3N4-TiO2晶體的生長(zhǎng)方向產(chǎn)生影響，增加活性主界面，改善g-C3N4-TiO2的光催化活性［15］.

圖5 TiO2，NT-3，NT-5，NTD-5的紫外-可見光吸收光譜和帶隙圖Fig.5 UV-Vis absorption spectrum and band gap diagram of TiO 2，NT-3，NT-5，NTD-5

2.2.4 傅里葉紅外光譜分析

圖6為TiO2、NT-5和NTD-5樣品的FTIR圖譜.由圖6可見：3 619.8 cm-1處的吸收峰為硅藻土表面的硅羥基（Si-O-H）的伸縮振動(dòng)引起，可知NTD-5含有大量硅羥基；3 380.5 cm-1處的吸收峰主要為納米TiO2表面的水分子振動(dòng)引起的，1 635.3 cm-1的吸收峰為各材料中游離水的O-H的彎曲振動(dòng)引起，1 132.7 cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于硅藻土結(jié)構(gòu)中Si-O的伸縮振動(dòng)［16］；539.9 cm-1處的吸收峰歸屬于TiO2結(jié)構(gòu)中Ti-O的彎曲振動(dòng)，盡管尿素和TiO2經(jīng)520℃煅燒后生成的TiO2結(jié)晶度更好，但由于N原子可能取代了TiO2中少量的晶格氧，使結(jié)構(gòu)中Ti-O的吸收峰位置向448.7 cm-1處紅移［8］.NT-5光催化劑樣品在1 461.4、1 400.2、1 315.2 cm-1處的吸收峰，是由g-C3N4結(jié)構(gòu)中CN雜環(huán)振動(dòng)所致，表明g-C3N4插裝于TiO2上.

圖6 TiO 2、NT-5和NTD-5的FTIR圖譜Fig.6 FT IR spectra of TiO 2，NT-5 and NTD-5

2.2.5 熒光光譜分析

圖7為g-C3N4、TiO2、NT-3、NT-5和NT-7的PL圖譜.由圖7可見：g-C3N4有較大而寬的峰，可知其內(nèi)部光生電子和光生空穴復(fù)合速率很快；當(dāng)g-C3N4插裝于TiO2后，NT-3、NT-5和NT-7的發(fā)光強(qiáng)度均減弱，且NT-5發(fā)光強(qiáng)度最弱，即g-C3N4和TiO2之間存在適當(dāng)?shù)谋壤纬僧愘|(zhì)結(jié)構(gòu)，能有效延緩空穴和光生電子的復(fù)合速率，促進(jìn)后續(xù)的光催化反應(yīng)過程的發(fā)生，故NTD-5光催化降解甲醛的效率最高.

圖7 g-C3N 4、TiO 2、NT-3、NT-5和NT-7的PL圖譜Fig.7 PL spectra of g-C 3N 4，TiO 2，NT-3，NT-5 and NT-7

2.3 g-C 3N 4-TiO 2/硅藻土/泥炭蘚復(fù)合材料光催化機(jī)理分析

一般g-C3N4納米片的禁帶寬度為2.7 eV，在可見光下，g-C3N4的電子易從價(jià)帶（VB）激發(fā)到導(dǎo)帶（CB）生成光生電子（e-）和空穴（h＋），但g-C3N4的光生載流子復(fù)合率快、光量子效率低，限制了其光催化活性［17］.而g-C3N4與TiO2會(huì)形成Ⅱ型異質(zhì)結(jié)，即在界面處形成能帶彎曲，g-C3N4導(dǎo)帶上的電子會(huì)通過異質(zhì)結(jié)躍遷到TiO2上，TiO2價(jià)帶上的h＋會(huì)轉(zhuǎn)移到g-C3N4價(jià)帶上，可有效抑制光生電子與光生空穴的復(fù)合，并增強(qiáng)可見光的吸收［18］.根據(jù)文獻(xiàn)［19］，（O2/·O2）的導(dǎo)帶電勢(shì)為-0.04 eV，g-C3N4和TiO2的導(dǎo)帶電勢(shì)分別為-0.24 eV和-0.84 eV，由于（O2/·O2）的導(dǎo)帶電勢(shì)比g-C3N4和TiO2的導(dǎo)帶電勢(shì)更正，故TiO2導(dǎo)帶上的光生電子能與空氣中氧氣分子生成氧化性較強(qiáng)的超氧陰離子自由基（·O2-）；g-C3N4價(jià)帶電位（＋1.85 eV）低于H2O/OH-氧化還原電位（＋2.7 eV），故g-C3N4價(jià)帶的h＋不能與H2O/OH-生成羥基自由基（·OH），而是靠h＋氧化與其接觸的甲醛，因此光生空穴（h＋）與超氧陰離子自由基（·O2-）是光催化反應(yīng)中的重要活性物質(zhì)（見式（2）～（5））.此外，硅藻土能從光電荷分離和吸附協(xié)同作用提高光催化劑的活性［15］：當(dāng)光催化劑價(jià)帶中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶產(chǎn)生空穴，因硅藻土表面含有大量的硅羥基（Si—OH），可產(chǎn)生更多的布朗斯臺(tái)德酸性位點(diǎn)，它能有效捕獲帶正電的光生空穴且提供更多的活性吸附位點(diǎn)和光催化反應(yīng)中心；具有大量微孔隙的硅藻土能吸附甲醛，使甲醛分子與光催化劑更好接觸.圖8為g-C3N4-TiO2/硅藻土/泥炭蘚光催化調(diào)濕材料降解甲醛的反應(yīng)機(jī)理.

圖8 g-C3N 4-T iO 2/硅藻土/泥炭蘚光催化調(diào)濕材料的模擬催化機(jī)制Fig.8 Catalytic mechanism of g-C3N 4-TiO 2/diatomite/sphagnum photocatalytic humidity-controlling material

3 結(jié)論

（1）在尿素與TiO2的質(zhì)量比為5∶1，520℃條件下制備的g-C3N4-TiO2降解甲醛效果最好.硅藻土/泥炭蘚復(fù)合調(diào)濕材料負(fù)載g-C3N4-TiO2后能有效避免納米效應(yīng)的產(chǎn)生，增強(qiáng)其光催化活性.

（2）隨著尿素?fù)搅康脑黾?，NT-3、NT-5、NTD-5的吸光度均高于TiO2，且吸收邊緣均發(fā)生紅移，擴(kuò)展至可見光區(qū)域.NT-3、NT-5和NTD-5的禁帶寬度比TiO2分別降了0.20、0.22、0.42 eV.

（3）g-C3N4-TiO2/硅藻土/泥炭蘚光催化調(diào)濕材料結(jié)構(gòu)中存在CN雜環(huán)振動(dòng)，說明g-C3N4成功插裝于TiO2.硅藻土表面存在大量硅羥基，可產(chǎn)生布朗斯臺(tái)德酸性位點(diǎn)，有效捕獲帶正電的光生空穴且提供更多的活性吸附位點(diǎn)和光催化反應(yīng)中心，使光催化劑活性增強(qiáng).

（4）由于光催化-吸附協(xié)同效應(yīng)，NTD-5能夠有效地將小室內(nèi)的甲醛濃度和相對(duì)濕度分別控制在0.1 mg/m3和60%左右，同時(shí)還具有1～2℃的溫度調(diào)節(jié)作用.