王鋒超 楊東凱 趙譜 趙素紅 李臻

摘 要：對比不同百分比的P25鍍鉑與硅藻土的復合材料與硅藻土以及純P25材料對室內甲醛降解吸附性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)5%P25鍍鉑與硅藻土的復合材料的效果最好。本論文先將硅藻土和P25復合，再采用氯鉑酸與其混合在超聲波下將鉑鍍在P25上，再用硼氫酸鈉將氯離子析出，最后得到0.5%Pt/P25-硅藻土復合材料。在確定硅藻土質量的前提下（硅藻土質量定為0.4g），通過改變加入P25的量分別制備2.5%，5%，10%的P25。對所制備的0.5%Pt/P25-硅藻土復合材料進行甲醛氧化測試實驗，通過向密閉裝置中注射甲醛溶液，打開小風扇使甲醛揮發(fā)，最終使甲醛氣體穩(wěn)定在100ppm，在常溫和日光的條件下分別使復合材料和純硅藻土材料以及純P25材料對甲醛氣體進行降解，測定一個小時內的甲醛講解率，比較不同百分比的P25復合材料對降解甲醛的影響。通過一小時內甲醛降解量和時間關系數(shù)據(jù)圖還有一小時內產生二氧化碳的量和時間關系圖得到甲醛發(fā)現(xiàn)5%的P25對甲醛的降解率最好，對甲醛的降解率達到90%以上。由此可知0.5%Pt-5%P25-硅藻土的復合材料對甲醛吸附講解的效果最好。并對復合材料進行掃描電鏡實驗（SEM），探究其形貌特征。進行X射線衍射測試（XRD），對復合材料晶體組成進行表征。

關鍵詞：甲醛;光催化;硅藻土;鍍鉑;P25

一、前言：

目前常用的空氣凈化器主要應用活性炭等材料的強吸附性吸附甲醛，但是需要人定期清潔，更換吸附材料，否則容易造成二次污染。相對于物理法的短效和容易造成二次污染的問題，化學降解法具有持續(xù)高效，徹底清除，方便快捷等優(yōu)勢，越來越受到人們的青睞，并以光觸媒最具有優(yōu)勢。硅藻土是一種生物成因的硅質積巖，它的主要的成分是蛋白質和其變種，主要化學成分是無定型二氧化硅，特點是松散，質輕，多孔，空隙呈規(guī)律分布。

硅藻土是一種吸附性載體，為多孔物質，比表面極大，是常用的催化劑載體。目前已被用作TiO2載體的有性炭，硅膠，中孔分子篩，沸石和粘土等。通過吸附使有機物在催化劑表面得到最大的富集，增大局部濃度以及避免中間產物揮發(fā)或游離，從而加快反應速度，并且實現(xiàn)吸附型載體的再生。利用具有極大比表面積載體的強吸附能力，就能夠通過載體對反應物的吸附來達到二氧化鈦對其持續(xù)性光催化作用。

硅藻土的成分主要是SiO2，因此，也可以與二氧化鈦形成強有力的Si-O-Ti鍵，且用作載體的硅藻土一般直徑是10-100um圓盤狀粒形，它的表面分布滿了無數(shù)的微孔，因此比表面積比較大。如果把二氧化鈦負載于硅藻土表面，不但可以利用二氧化鈦和硅藻土之間的強結合力用來克服單一懸浮相光催化體系回收困難，難聚集等的缺陷，還可以發(fā)揮硅藻土自身強吸附能力。

納米TiO2/硅藻土復合材料產品的應用性能主要體現(xiàn)在長效和高效兩個方面。在除去甲醛時，在日光燈下48h內對甲醛的去除率≥80%。另外，硅藻土負責吸附甲醛，二氧化鈦負責光催化分解，生成二氧化碳和水，即便吸附便分解，再吸附再分解，持續(xù)的去除甲醛，即使在夜間沒有光照的條件下也能吸附甲醛，有光照時再進行分解。

鉑納米微粒具有高表面能，容易發(fā)生團聚，二氧化鈦是一種活性載體如果將鉑負載在二氧化鈦上，可以大大提高其催化活性。這種光催化性能的提高是基于光電化學機理。當費米能級不同的金屬和半導體相互接觸時，電子就從費米能級較高的半導體流向較低的金屬，直到兩者的費米能級相同為止，這時候金屬表面獲得多余的負電荷而半導體表面有多余的正電荷，因此半導體能帶上彎曲，形成耗盡層這樣在金屬—半導體界面上形成了所謂的勢壘。[8]而鉑是一種貴重金屬，負載量要越少越節(jié)約成本。

本論文主要對硅藻土材料對室內甲醛降解性能進行了研究，分別以2.5%，5%，10%P25與硅藻土復合并和0.5%的Pt負載，研究了不同百分比的P25鍍鉑復合硅藻土材料對室內甲醛降解性能的影響。

二氧化鈦是一種半導體，分別具有銳鈦礦，金紅石以及板鈦礦三種晶體結構，其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化作用。

本論文所用材料P25屬于混晶型，銳鈦礦和金紅石的重量比大約為80/20，由于兩種結構混雜增大了TiO2晶格內的缺陷密度，增大了載流子的濃度，使電子、空穴數(shù)量增加，光催化作用持久，其催化性能將大大提高。

二、實驗

2.1甲醛降解實驗裝置

用注射器將甲醛液體從進樣口注入反應器內開啟小風扇使甲醛液體完全揮發(fā)，最后使甲醛氣體穩(wěn)定在100ppm。拉開表面皿，使材料對甲醛氣體進行降解。使降解反應進行一小時，關閉儀器。

2.2實驗內容

2.21 納米 /硅藻土復合材料的制備

取0.5g的硅藻土和0.5g的P25于兩個燒杯中，各加入10ml蒸餾水，超聲10min，加入0.5312ml的10g/L的氯鉑酸溶液，磁力攪拌1h，作為溶液1;用電子天秤秤取0.38g NaBH4和0.4gNaOH，加入10ml的蒸餾水，配置成0.1mol/L的NaOH和0.1mol/L的NaBH4混合溶液，為溶液2。取溶液2的3.125ml溶液快速加入溶液1中，混合溶液變黃。磁力攪拌30min。在100℃下攪拌蒸發(fā)。在80℃下干燥。分別記為樣品1，樣品2。分取0.04g 0.019g，0.0088g 的P25和四份0.36g硅藻土于四個燒杯中，加入10ml蒸餾水，超聲均勻10min，配置成10%，5%和2.5%的P25，加入0.5312ml 10g/L的氯鉑酸溶液，磁力攪拌1小時，作為溶液1。取0.038g 和0.04gNaOH樣品于燒杯中，向燒杯中加入10ml蒸餾水，配成混合溶液，作為溶液2（0.01mol/L 和 0.01mol/LNaOH）取溶液2的3.125ml混合溶液，快速加入溶液1中，磁力攪拌30min，100攝氏度下攪拌蒸發(fā)。80度下干燥。分別記為樣品3，樣品4，樣品5。

2.22 納米 TiO2/硅藻土復合材料的光催化實驗

分別取 樣品1，2，3，4，5，0.3g放于表面皿中，均勻鋪展開。將表面皿放在封閉的甲醛測試儀器內，用另一表面皿蓋住樣品。用10ul的微型注射器注入甲醛測試器中，等甲醛濃度平衡在100ppm左右，拉開表面皿讓甲醛吸附降解甲醛，降解1小時，對比不同百分比的P25對降解甲醛性能的影響。

三、數(shù)據(jù)分析

3.1 復合材料的SEM形貌分析

純硅藻土和0.5%Pt-p25-硅藻土復合材料，分析得出，硅藻土具有孔道結構，因此決定了硅藻土具有良好的吸附性能。對比發(fā)現(xiàn)，0.5%Pt-p25-硅藻土孔徑減少或被填充，說明硅藻土表面和孔道均布滿了納米P25和Pt或被薄膜狀的P25以及金屬鉑包覆。

3.2復合材料的XRD圖譜分析

根據(jù)五種樣品的XRD示意圖，由圖可知d材料沒有GZT的吸收峰，而d材料的P25吸收峰最強，e材料沒有P25的吸收峰，但是其GZT的吸收峰強度最大。而材料a，b，c的P25 GZT強度越來越大。由此可看出d材料為純P25材料，e是純GZT材料，a，b，c，分別是2.5%，5%，10%的P25和GZT復合材料。表明P25和GZT發(fā)生復合，形成新的復合材料。由XRD圖譜可以看出不同百分比的P25都成功的和硅藻土材料復合，并且10%P25的硅藻土復合材料中P25衍射峰最強，5%的次之，2.5%的最弱?？芍尤隤25高的復合材料中P25含量也高。

3.3硅藻土負載P25后對光降解的影響

根據(jù)純硅藻土和不同百分百比的P25與硅藻土復合以及純P25對甲醛降解率和時間的關系得出，純硅藻土對甲醛的降解效果最差，5%的P25與硅藻土復合材料對甲醛的降解效果最好。說明在硅藻土負載P25之后得到的復合材料對甲醛的降解效率更好，而且硅藻土價格低廉，P25價格昂貴，這種復合材料大大降低了催化劑的成本。由圖可看出30min左右5%的P25鍍鉑與硅藻土的復合材料對甲醛的降解率已經達到90%且其降解速率最快。甚至其降解效果比純P25的效果還好一些。

根據(jù)不同材料降解和吸附甲醛產生 CO2與時間的關系得出，純的GZT產生二氧化碳的兩最少，P25產生二氧化碳的最終量最多，而2.5%，5%，10%的P25產生的二氧化碳的量顯著提高。說明P25不僅和硅藻土發(fā)生復合，而且能夠更加高效的降解甲醛氣體。

結論：

1）硅藻土具有較大的比表面積，較強的吸附性和較高的孔隙度，是一種良好的載體材料。本論文將P25和Ti與硅藻土復合，P25和Ti成功涂覆在硅藻土的空隙間。2）應用XRD，SEM測試方法對原硅藻土，以及復合后的硅藻土形貌，表面組成以及包覆分析，發(fā)現(xiàn)負載后硅藻土表面空隙減少。3）在可見光條件下復合材料對100ppm的甲醛氣體盡心降解，5%的P25復合材料對甲醛的降解效果最好，一小時降解率達90%，且可邊吸附邊降解。

參考文獻

[1] [俞成林，康勇等.硅藻土基納米TiO2降解甲醛的實驗研究.天津大學化工學院，2011：54]

[2] [趙潔.納米TiO2光催化降解氣體甲醛的研究.成都理工大學，2007：4]

[3] [俞成林，康勇等.硅藻土基納米TiO2降解甲醛的實驗研究.天津大學化工學院，2011：54]

作者簡介：王鋒超，（1985，01-），男，河南周口，研究生，工程師，中南大學。