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室内空气污染物不仅污染环境而且严重威胁人类的健康,挥发性有机化合物(VOCs)是一类主要的室内空气污染物,而其中甲醛是最典型的,它作为涂料和粘接剂的主要成分被广泛用于工业生产建筑材料和家具中。由于人们对室内环境的日趋关注,对空气中甲醛的治理具有重大的实际意义。光催化技术被认为是最有前景的环境修复技术之一,该技术已经被广泛应用于去除VOCs和降解甲醛。其中TiO2光催化剂由于具有光化学稳定性强、无毒、成本低及能去除多种污染物等优点而被广泛应用,然而,其较低的吸附能力和小的表面积限制了它在光催化反应领域的发展。因此,为了提高TiO2的光催化活性,许多方法集中于研究将其与多孔吸附材料复合,如硅胶、沸石、活性炭和粘土。
本研究以价廉易得的海泡石纤维为原料,采用简单的方法合成了TiO2/酸改性海泡石纤维(TiO2/AAS)复合光催化剂。采用XRD、FT-IR、TEM、SEM、BET和UV-vis DRS等多种表征手段对所制备的样品进行表征分析。XRD和FT-IR结果表明,酸改性后,海泡石纤维中的碳酸钙杂质被去除。SEM结果表明,海泡石纤维酸改性后,大束纤维裂开而使纤维结构变得清晰和均匀。XRD图谱和TEM图中的晶格条纹分析结果可知,在TiO2/AAS复合光催化剂中存在着锐钛矿相TiO2和金红石相TiO2的混合晶相。BET分析结果表明,TiO2/AAS复合光催化剂的比表面积(86.76m2/g)远远大于海泡石纤维(2.788m2/g)和酸改性海泡石纤维(9.995m2/g),孔径分布曲线表明,TiO2/AAS复合光催化剂有两种中孔结构。TiO2/AAS复合光催化剂的紫外-可见漫反射光谱表明,与纯的TiO2比较,其吸收边有轻微的红移。
以空气中的甲醛为目标降解物,评价了TiO2/AAS复合光催化剂的光催化活性,结果表明,所制备的光催化剂能高效降解空气中的甲醛。在最佳条件下制备的复合光催化剂,反应2h后对甲醛的降解率能够达到93.1%,与商用TiO2相比具有更好的催化活性。TiO2/AAS复合光催化剂在催化降解甲醛五次后,对甲醛的降解率还可以达到85%,表明我们制备的光催化剂具有良好的催化稳定性。本研究对TiO2/AAS复合光催化剂降解甲醛的机理进行了简单探讨,讨论得出,TiO2/AAS复合光催化剂良好的光催化活性归因于双中孔结构的存在,良好的吸附性能以及锐钛矿相和金红石相TiO2的共同作用。