竹炭负载TiO2的制备及负载前后甲醛吸附性能比较

朱文炎



竹炭负载TiO2的制备及负载前后甲醛吸附性能比较

朱文炎

（漳州城市职业学院 生物与环境工程系，福建 漳州 363000）

采用溶胶－凝胶法制备TiO2溶胶，采用浸渍－过滤法将TiO2负载于载体颗粒竹炭（BC）的表面，制成竹炭负载二氧化钛的TiO2/BC复合材料，并对竹炭和TiO2/BC复合材料进行电镜扫描和甲醛吸附性能对比实验。结果表明：竹炭负载上TiO2后，TiO2在载体竹炭上的分布较均匀，主要集中在竹炭大孔和表面的凹陷处，没有将孔隙阻塞，所以TiO2的负载造成的竹炭比表面积减小的幅度并不很大；竹炭本身极性较弱，属于弱极性的材料，负载上强极性的TiO2后，极性增加;竹炭负载TiO2后，其对甲醛的吸附性能大大增加。

竹炭；二氧化钛；负载；吸附性能；甲醛

甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。研究表明，甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。因此甲醛的去除，已成为国际上甚为关心的问题之一。针对醛类（甲醛）、酮类、香烃(苯、甲苯、二甲苯)等室内挥发性有机化合物的污染，目前已有的净化方法主要包括吸附法、化学氧化法和光催化氧化法等[1]。而吸附法中活性炭的使用最为广泛，且一般控制活性炭吸附剂的性能主要集中在孔隙结构和表面化学结构两大方面[2]。与木炭相比，竹炭有特殊的微孔结构和较大的比表面积，具有和椰子壳活性炭同等的比表面积和吸附率，所以具有很强的吸附性能和其它优良性能[3]。从理论上来说，二氧化钛纳米晶体粒径越小，比表面积越大，吸附能力越强[4]。本文以钛酸四丁酯和乙醇为原料，采用溶胶－凝胶法制备TiO2溶胶，以竹炭颗粒为载体，采用浸渍－过滤法将TiO2负载于颗粒竹炭的表面，制成竹炭负载二氧化钛的TiO2/BC复合材料，并对竹炭和负载三次TiO2的TiO2/BC复合材料进行电镜扫描，并以甲醛为吸附对象，考察了竹炭负载TiO2前后的吸附性能。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

竹炭（福州黑金刚炭业有限公司提供）；钛酸四丁酯（CR）；无水乙醇（AR）；硝酸（AR）；蒸馏水；甲醛（AR，含量37.0%～40.0%）。自制吸附装置（在一干燥器的多孔瓷板下面注入5ml的甲醛，在上面放置玻璃片，并把一定量的吸附剂样品放在玻璃片上，盖上盖子）；SX2-5-12箱式电阻炉；79-1磁力搅拌器；PHS-3C精密pH计；TU-1800PC紫外-可见分光光度计；HY-4调速振荡器；HANGPING FA1104电子天平；Philips ,XL-3D扫描电子显微镜。

1.2 实验方法

1.2.1竹炭预处理 将粒径为0.246～0.520 mm（相当于60～30目）的竹炭用水煮沸过滤，重复3次，以去除粉尘和竹炭表面的残留物等，120℃下烘干至恒重，置于干燥器中备用。

1.2.2 TiO2/BC复合材料的制备 室温下，取一定体积的无水乙醇于锥形瓶中，搅拌，加入10.00 mL钛酸四丁酯，继续搅拌30 min，用硝酸调pH值至1.0，然后逐滴加入一定体积的蒸馏水，继续搅拌30 min，再静置沉化4 h得到透明、淡黄色的溶胶；接着将预处理好的粒径为0.246～0.520 mm的竹炭放在表面皿里，加入一定量的已制备好的溶胶，浸渍10 min，用100目的筛子过滤，于100℃烘箱内烘干，此为一次负载过程，如需多次负载，则重复以上步骤；将负载好TiO2胶体的竹炭放在电阻炉里，在室温下，以10℃/min的速率升温至250℃，恒温60min，然后继续升温至450℃焙烧2 h，再随炉自然冷却到室温，可获得TiO2/BC复合型材料。

1.2.3 BC和TiO2/BC复合材料吸附甲醛的对比实验 在室温下，准确称取0.2000g BC和TiO2/BC，放入自制装置（放置暗处）中，放置一段时间，取出样品，放入1000 mL的容量瓶定容3小时按照绘制标准曲线的步骤测定吸光度A，通过标准曲线计算出甲醛吸附量。

2 结果与讨论

2.1 SEM观察

对竹炭和负载三次TiO2的TiO2/BC复合材料进行电镜扫描，其扫描结果见图1。从扫描电镜照片可以看出，载体竹炭是多孔状的。根据1972年国际精细化学联合会的规定，竹炭的孔应属于大孔的范围（直径大于50 nm），但仍然存在大量的中孔。从竹炭负载的TiO2膜表面的SEM照片可知，TiO2在竹炭表面形成了膜层，膜分布相对较均匀，但在少数区域有膜层不均匀现象；膜表面有裂纹，这是由于干燥和煅烧过程中收缩应力作用的结果；TiO2主要集中在竹炭大孔和表面的凹陷处，由于孔径较大，并没有将孔隙阻塞。从图1电镜扫描照片，可以看出，只有部分TiO2进入竹炭的某些大孔，并没有完全堵塞竹炭的吸附通道，所以TiO2的负载造成的竹炭比表面积减小的幅度并不很大。

2.2 标准曲线的绘制

用乙酰丙酮分光光度比色法[5]，于紫外—可见分光光度计上测定甲醛溶液的最佳吸收波长为414 nm。配置一系列浓度不同的甲醛溶液，于414 nm波长处测其吸光度，绘制甲醛浓度—吸光度工作曲线，得到回归方程为y=4.2706x+0.0193（其相关系数为R2＝0.9999），如图2，测定其吸光度，从标准曲线上求出样品中甲醛含量。

2.3 负载TiO2前后对甲醛吸附性能

取负载次数分别为0～5次的竹炭按1.2.3的方法进行吸附实验。结果见图3，由图可见负载TiO2后，竹炭的吸附性能大大增加了。因实验是在避光条件下进行，所以TiO2对甲醛的光催化降解的作用可不考虑。因为竹炭本身的极性较弱，属于弱极性的材料，负载上强极性的TiO2后，极性增加。根据吸附原理极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)型的吸附质；非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。因此负载TiO2后，TiO2/BC复合材料的极性增强，竹炭的吸附性能随之大大增加。

3 小结

竹炭为多孔性材料，负载上TiO2后，在载体竹炭上的分布较均匀，主要集中在竹炭大孔和表面的凹陷处，没有将孔隙阻塞，所以TiO2的负载造成的竹炭比表面积减小的幅度并不很大；竹炭本身极性较弱，属于弱极性的材料，负载上强极性的TiO2后，极性增加，因此竹炭的吸附性能随之大大增加。

[1]沈兴兴，刘阳生，陈睿等.我国室内空气污染研究及其防治措施[J].应用基础与工程科学学报，2002，10（4）：366-371.

[2]Chiang hunglung,huangC P, ChiangP C. Effect OF Metal Additives on the Physico-chemical Characteristics of Activated Carbon Exemplified by Benzene and Acetic acid. Carbon, 1999, 37:1919-1928.

[3]胡永煌.竹炭、竹醋液生产技术及应用开发研究进展[J]．林产化学与工业，2002，22（3）：79-83.

[4]黄婉霞，孙作凤等. 纳米二氧化钛催化作用降解甲醛的研究[J].稀有金属，2005,2（1）：34－38.

[5]宋广生.室内空气质量标准解读[M]．北京：机械工业出版社，2003：122-128．

图1 竹炭和负载三次的TiO2/BC的扫描电镜照片

图3 负载次数对吸附量的影响

Preparation of Bamboo Charcoal loaded with TiO2and comparison between loaded with TiO2or not in adsorption capacity of Formaldehyde

ZHU Wen-yan

(Department of Biological and Environmental Engineering, Zhangzhou City University， Zhangzhou 363000, China)

TiO2sol was prepared by a sol-gel method using butyl titanate as raw material, and TiO2photocatalyst loaded on granular bamboo charcoal (TiO2/BC) was prepared by a molecular soakage-filtration method using granular bamboo charcoal (c) as supporter. In the study, BC and TiO2/BC were scanned in the electron microscope, and comparison between loaded with TiO2or not in adsorption capacity of Formaldehyde was studied. The results show that: When TiO2photocatalyst loaded on granular bamboo charcoal, the distribution was uniform. And TiO2didn't block the porous, but concentrated in the macroporous and the depressions of granular bamboo charcoal. So the reducing extent of surface area of BC from TiO2was not large. BC belongs non-polar material, and its polarity increased after high-polar TiO2loaded on granular bamboo charcoal. This leaded to the adsorption capacity of TiO2/BC to formaldehyde increased greatly.

bamboo charcoal; titanium dioxide; loading; adsorption capacity; formaldehyde

2010－07－25

朱文炎（1975－），男，福建东山人，硕士，从事天然高分子材料的研究。

O623.511

A

1673-1417（2010）03-0074-03