具有光催化空氣凈化功能的鋁網(wǎng)研制

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)保科技股份有限公司，上海201600）

目前，室內(nèi)甲醛污染普遍存在，嚴重危害人體健康。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。

本文利用鋁網(wǎng)作為光催化劑的載體，鋁網(wǎng)有足夠的機械強度、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價所制備鋁網(wǎng)的光催化性能，本研究結(jié)果對光催化鋁網(wǎng)的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

1 試驗

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密封玻璃實驗艙進行評價。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》企標中的規(guī)定進行。實驗用紫外燈為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，空白試驗也在同一評價艙中進行。

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)計光催化鋁網(wǎng)有較好的活性。

圖2 TiO2薄膜噴涂次數(shù)對光催化性能的影響

圖2為不同層數(shù)光催化薄膜對甲醛降解曲線。原始鋁網(wǎng)無光催化活性。隨層數(shù)的增加，對甲醛的降解率增加。噴涂薄膜達到3次，反應(yīng)活性達到最高。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，薄膜上負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，增加薄膜厚度會導(dǎo)致晶粒長大繼而減小比表面積。同時由于薄膜厚度增加，團聚的大顆粒二氧化鈦容易脫落，導(dǎo)致光催化效率降低。

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

圖3 時間對光催化性能的影響

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)對其催化降解率可達92.16%。通過考察了噴涂薄膜次數(shù)對光催化鋁網(wǎng)降解甲醛性能的影響，總結(jié)出了最佳制作參數(shù)。