隨著社會(huì)的日益進(jìn)步和人們生活質(zhì)量的逐漸提升，民用建筑裝修工程的復(fù)雜程度與日俱增，在方便生活的同時(shí)，室內(nèi)裝飾裝修產(chǎn)生的有害物質(zhì)會(huì)污染室內(nèi)空氣。這些有害物質(zhì)會(huì)令人頭疼、頭暈、嗜睡、乏力，造成人體抵抗力下降，記憶力衰退，染色體突變等［1］。甲醛是室內(nèi)空氣污染的重要組成部分，已經(jīng)成為社會(huì)各界越來(lái)越重視的焦點(diǎn)［2］。

光觸媒是具備光催化效果的納米半導(dǎo)體材料的總稱，例如TiO2、Fe2O3、SiO2等，其中TiO2在一定光強(qiáng)作用下，具有較強(qiáng)的催化降解有害物質(zhì)的功能，且自身耐酸堿腐蝕、無(wú)毒無(wú)害，被廣泛應(yīng)用。TiO2光觸媒在光能的激發(fā)下，能產(chǎn)生高能電子，將TiO2表面的H2O和OH-結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成·OH自由基，從而使甲醛、苯系物等降解為H2O、CO2等。但純凈的TiO2光觸媒催化效果較差，催化周期較長(zhǎng)。因此，如何改性TiO2光觸媒，成為近年來(lái)科研的重點(diǎn)。

目前市場(chǎng)上普遍能夠買到的光觸媒治理產(chǎn)品的治理周期為7～15 d，且其產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，治理效率較低，難以滿足需求。由于不同粒徑的納米TiO2對(duì)甲醛的催化分解效果不同，且在摻入其他元素后，可將TiO2的吸收光范圍擴(kuò)展至可見(jiàn)光，提高其催化效率。因此，本文通過(guò)比較不同粒徑的TiO2光觸媒對(duì)甲醛的分解效率，選擇最佳粒徑的TiO2，并通過(guò)摻入Ag元素，旨在提高納米TiO2光觸媒的催化分解效率，縮短治理周期。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

TiO2光觸媒對(duì)甲醛降解能力的研究在自制密封艙中進(jìn)行。密封艙為兩個(gè)體積為1.28 m×1.02 m×0.83 m的玻璃結(jié)構(gòu)，分別為樣品艙和對(duì)照艙，內(nèi)置0.5 m×0.5 m玻璃板，設(shè)有抽氣口，見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)試艙結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將市售甲醛2 mL（AR，36%～38%）滴覆在潔凈的棉花團(tuán)上，放入樣品艙和對(duì)照艙內(nèi)［3］，靜置12 h。打開(kāi)抽氣口，用大氣采樣器對(duì)密封艙內(nèi)的氣體進(jìn)行采樣，并立即關(guān)上抽氣口。采用《居住區(qū)大氣中甲醛衛(wèi)生檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法 分光光度法（GB/T 16129—1995）》測(cè)定樣品艙及對(duì)照艙中空氣甲醛初始濃度。

在樣品艙的玻璃板上均勻涂上10 g納米TiO2光觸媒，使其呈薄膜狀。另外的對(duì)照艙的玻璃保持潔凈，不做處理以供對(duì)比。在穩(wěn)定的30 W日光燈下照射5 d后，再次打開(kāi)抽氣口，對(duì)艙內(nèi)的氣體進(jìn)行采樣，測(cè)定此時(shí)兩艙內(nèi)空氣甲醛濃度。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，制得不同粒徑的TiO2光觸媒，摻雜Ag元素，在日光燈下照射5 d，比較抽氣艙中甲醛濃度，得出其最佳粒徑的Ag-TiO2光觸媒。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)室模擬日常居住室內(nèi)環(huán)境，控制溫度為16℃～30℃，空氣相對(duì)濕度為40%～60%，樣品艙和對(duì)照艙在相同強(qiáng)度30 W日光燈下照射。

1.3 TiO2光觸媒的制備

在燒杯中加入9.3 mL異丙醇，然后加入3.2 mL異丙醇鈦，攪拌均勻后，倒入三口燒瓶中。三口燒瓶中裝入自動(dòng)攪拌裝置，在60℃下反應(yīng)10 min，繼續(xù)加入10.3 mL乙酸，攪拌15 min。最后，加入24 mL甲醇，攪拌2 h后得到納米TiO2[4]。在高分辨率透射電子顯微鏡下觀察反應(yīng)生成的TiO2光觸媒的形態(tài)，將均一性良好的產(chǎn)品用于實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 選擇反應(yīng)時(shí)間

首先，測(cè)試樣品艙和對(duì)照艙中甲醛濃度自然衰減的情況，進(jìn)而選擇合適的反應(yīng)時(shí)間。對(duì)樣品艙和對(duì)照艙檢漏后，在不放入TiO2光觸媒的情況下，用相同強(qiáng)度的日光燈照射樣品艙和對(duì)照艙，在樣品艙和對(duì)照艙內(nèi)放置沾有甲醛溶液的棉花團(tuán)，靜置12 h后，測(cè)得艙內(nèi)甲醛的初始濃度為0.58 mg/m3。隨后記錄1～9 d內(nèi)樣品艙及對(duì)照艙中甲醛濃度的變化情況，見(jiàn)圖2。為了盡可能增大甲醛與光觸媒的接觸反應(yīng)時(shí)間，且保證樣品艙和對(duì)照艙中甲醛濃度的自然衰減率處于較低水平，本實(shí)驗(yàn)中，選擇5 d為TiO2光觸媒和甲醛的反應(yīng)時(shí)間。

圖2 樣品艙和對(duì)照艙中甲醛濃度自然衰減和時(shí)間的關(guān)系

2.2 不同粒徑TiO2光觸媒對(duì)甲醛的降解效率

對(duì)不摻入其他元素的不同粒徑納米TiO2光觸媒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在樣品艙和對(duì)照艙分別放置沾有2 mL甲醛（AR，36%～38%）的棉花團(tuán)。靜置12 h后，在樣品艙內(nèi)放入涂有10 g納米TiO2光觸媒薄膜的玻璃，在30 W日光燈照射5 d后，分別記錄樣品艙和對(duì)照艙的甲醛濃度，測(cè)得不同粒徑TiO2光觸媒對(duì)甲醛的降解效率，見(jiàn)圖3。實(shí)驗(yàn)表明：在扣除甲醛自然衰減的情況下，平均粒徑為0.1～1.0 μm的納米TiO2光觸媒對(duì)甲醛的降解效率最佳。

圖3 不同粒徑TiO2光觸媒對(duì)甲醛的降解效率

2.3 摻入Ag元素的TiO2光觸媒對(duì)甲醛的降解效率

隨后，制備摻入Ag元素的納米TiO2光觸媒。在三口燒瓶中依次加入2 mL異丙醇、2 mL冰醋酸、1 mL異丙醇鈦，攪拌均勻。另外，在燒杯中加入2 mL 3%的硝酸銀溶液、2 mL冰醋酸、2 mL異丙醇。將燒杯中的溶液加入三口燒瓶中，攪拌均勻，2 h后得到摻入Ag元素的TiO2光觸媒。

將摻入Ag元素的TiO2光觸媒均勻涂抹在玻璃上，放入樣品艙內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。在樣品艙和對(duì)照艙中注入等量的甲醛溶液，在相同強(qiáng)度的日光燈下照射5 d，測(cè)定樣品艙和對(duì)照艙中的甲醛濃度，得到甲醛降解率，見(jiàn)圖4。由圖4可知，摻入Ag元素的TiO2光觸媒，能較好地提升對(duì)甲醛的降解效率。

圖4 摻入Ag元素的TiO2光觸媒對(duì)甲醛催化效率的對(duì)比

2.4 不同溫度下TiO2光觸媒對(duì)甲醛的降解效率

將10 g摻入Ag元素的TiO2光觸媒均勻涂抹在玻璃上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)試該光觸媒在日常居住時(shí)溫度的催化效果，控制室內(nèi)的溫度分別為16℃、20℃、25℃、30℃，在日光燈下照射5 d后，測(cè)得其在不同溫度下的降解效率，見(jiàn)圖5。

圖5 不同溫度下TiO2光觸媒對(duì)甲醛催化效率的對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

平均粒徑為0.1～1.0 μm的TiO2光觸媒，在摻入Ag元素后，在室溫下對(duì)甲醛的降解率可以達(dá)到良好效果，可以極大地滿足實(shí)際生活中人們對(duì)甲醛治理的需求，縮短治理周期，提高治理效率。