光催化三维蜂窝陶瓷网净化室内空气的研究

光催化三维蜂窝陶瓷网净化室内空气的研究

孔德双谷昌军孔令仁

(江苏高淳陶瓷股份有限公司技术中心,高淳211300)

摘要先制备钛酸溶胶和掺杂Fe3 +的钛酸溶胶,用溶胶2凝胶法分别将其负

载于具有一定厚度的矩形蜂窝陶瓷三维网载体上,再用程序升温法煅烧,得到复合纳米TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网。经扫描电镜( SEM )测定,三维蜂窝陶瓷网体上负载膜的厚度为300～400 nm , TiO2的粒径为15～20 nm。将光催化三维蜂窝陶瓷网置于光处理箱体内,在紫外光强、循环风量一定的条件下,对容积为72.6 m3和81.4 m3房间进行空气净化。结果表明,无论掺Fe3 +与否的TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网都有净化效果,其中以掺Fe3 +的效果最好:当甲醛起始浓度为0.404 mg/m3 , 18 h的去除率为99.5% ;当起始细菌总数为924 cfu /m3 , 24 h后的灭菌率为99.5% 。

关键词光催化室内空气净化三维蜂窝陶瓷网甲醛细菌

室内环境污染是继烟煤污染和光化学污染之后的全球第三大空气污染问题。我国是室内空气质量问题比较严重的国家,造成室内空气污染的主要原因:一是使用的装修材料中含有大量甲醛、苯、氨及多环芳香烃等有毒物质,这些物质挥发到空气中就会危害人体健康;二是由微生物造成的生物污染,包括细菌、真菌和病毒等,能引起呼吸道、哮喘等多种疾病;三是通风效果不良,使得室内污染物和病菌长期积聚。

目前,净化室内空气有机污染物的技术有多种,对于挥发性有机物常用吸附法、光催化法、纳米材利用机械过滤、静电除尘技术,微生物则采用紫外线和纳米TiO2光催化技术,另外还有生物净化技术、膜分离技术等。以TiO2 为代表的半导体光催化剂在紫外光作用下产生强氧化性的自由基,能将有机污染物

氧化成无毒的CO2、H2O 和简单的无机物,也能有效地杀灭细菌。TiO2 无毒、价廉、反应条件温和、净化对象广谱,尤其是它不产生二次污染的特点非常适合于室内空气的处理。缺点是纯TiO2 的光量子效率和催化效率都较低,粉末态TiO2 难回收。蜂窝陶瓷又叫多孔陶瓷,是一种多孔性的工业用陶瓷,内部是由薄壁分割的三角、四方、六边或圆孔形通道,其材质主要有堇青石、刚玉和莫来石等,具有耐热冲击、抗氧化和耐腐蚀等特性,是优良的催化剂载体材料。由于比表面积大,蜂窝陶瓷能够大幅度提高TiO2 的负载量,从而加大光催化剂与空气的接触。本研究以具有一定厚度、经过表面修饰的矩形蜂窝陶瓷为载体,采用溶胶-凝胶法将钛酸溶胶进行负载,得到纳米级复合TiO2光催化三维蜂窝陶瓷网。并以此为空气净化的核心部件,试验了净化装置对室内甲醛和细菌的净化效果。相关内容的报道至今较为鲜见。

1 实验部分

1. 1 仪器、试剂和材料

仪器: 双路大气采样器( ETT22000,江苏金坛亿通电子有限公司) ,扫描电子显微镜( SEM , X650,日本H itachi公司) ,数显光栅分光光度计(W FJ21P 上海航空测控技术研究所) ,高压灭菌锅,生化培养箱, 18 W 低压汞灯(北京电光源研究所) ,风机(常州祥明电机有限公司) ,超声波清洗

器(南京电子计量有限公司) ,风量计( Testo 4052 V1型,德图有限公司) 。

试剂:钛酸丁酯、硝酸铁、酚试剂、甲醛、硫代硫酸钠、硫酸铁、营养琼脂, 蛋白胨等均为市售分析纯

材料:三维蜂窝陶瓷网载体由高淳陶瓷股份有限公司提供,是具有一定厚度、矩形状、孔密度为62孔/cm2的蜂窝陶瓷。