纳米TiO2光催化除甲醛瓷砖制备及其耐用性研究

吴世斌，许林峰，林亮标

（清远市简一陶瓷有限公司，清远511500）

1 前言

由于化学合成材料的广泛使用，使得室内空气污染越来越受到民众的普遍关注[1]，而室内空气污染中尤以甲醛污染最为严重、最为普遍[2]。甲醛会对人眼、鼻、喉造成危害，使人产生恶心、眩晕、头疼等症状，严重时甚至引起癌症和白血病[3]。

纳米TiO2光催化技术是近些年逐渐兴起的高科技除甲醛技术[4-5]，其在光照条件下，产生具有强氧化性的羟基自由基，几乎能够无选择性的降解所有有机污染物[6]，如甲醛、TVOC等。瓷砖作为室内环境中应用面积较大的建筑材料，若能把纳米TiO2光催化材料的除甲醛功能与其结合，将会有非常大的应用价值。

本文中选取高效光触媒作为纳米TiO2光催化材料，通过黏附材料和特定的工艺，将光触媒牢固地结合到瓷砖表面，制备出纳米TiO2光催化除甲醛瓷砖。向检测箱中注射底物甲醛气体，通过检测底物甲醛浓度变化和生成产物二氧化碳浓度变化以评价其降解甲醛的性能；通过模拟瓷砖实际使用环境考察除甲醛瓷砖的耐用性。

2 实验

2.1 原料及仪器

光触媒，日本东芝集团；甲醛，分析纯，天津市大茂化工试剂厂；氢氟酸，分析纯，江苏永丰化学试剂有限公司；SH-9502型黏附剂，湖北新四海化工股份有限公司；200×300×12 mm瓷砖，清远市简一陶瓷有限公司；15 W节能灯，佛山照明电器股份有限公司；HAL-HFX105型甲醛检测仪，深圳市赛纳威环境科技有限公司；HALHCO201型二氧化碳检测仪，深圳市赛纳威环境科技有限公司；400×280×120 mm 检测箱，自制；HJ180型手用抛光机，东莞市创亮清洁用品有限公司。

2.2 除甲醛瓷砖制备

首先把氢氟酸稀释10倍，然后将稀释后的氢氟酸均匀涂敷在瓷砖表面，保持时间20 s，清水冲净，晾干；其次用手用抛光机将黏附剂均匀附着在瓷砖表面，接着再把光触媒用手用抛光机牢固地结合在黏附剂上，自然干燥，即获得纳米TiO2光催化除甲醛瓷砖。

2.3 除甲醛瓷砖检测

将上述除甲醛瓷砖放置在检测箱中，同时放入气体检测仪并开启，密闭检测箱，注入10 mL甲醛气体，开启节能灯，每10 min记录一次检测仪数据。

3 结果与分析

3.1 降解甲醛测试分析

图1所示为在检测箱中同时放入甲醛检测仪和二氧化碳检测仪对除甲醛瓷砖降解甲醛性能分析情况。由图1可知，同一块除甲醛瓷砖，在相同检测条件下，注入检测箱内的甲醛浓度由5.90 ppm下降至2.92 ppm；与此同时，检测箱内二氧化碳浓度由670 ppm上升至696 ppm，这是由于注入检测箱内的甲醛气体在除甲醛瓷砖的光催化作用下被降解成二氧化碳和水，所以检测箱内甲醛浓度下降，二氧化碳浓度升高，这也证实了本研究制备的除甲醛瓷砖具有降解甲醛的功能，而且除甲醛性能优异。

图1 除甲醛瓷砖降解甲醛性能分析图

3.2 耐擦洗测试分析

图2所示为除甲醛瓷砖用湿毛巾擦洗，模拟家庭瓷砖清理过程以考察其耐擦洗情况。由图2可看出，瓷砖从擦洗0次到2000次，甲醛降解产物二氧化碳的增量变化较大，由46 ppm减少为27 ppm，但擦洗2000次后，继续擦洗，二氧化碳增量基本稳定。这可能是因为前期瓷砖擦洗容易把表面多余的光触媒和未牢固结合的光触媒擦掉，致使光催化效率会降低些，因此生成的二氧化碳会减少；然而继续擦洗时，由于剩下光触媒粒子或已牢固结合在瓷砖表面，又或已牢固结合在瓷砖表面微孔内，均不易擦去，除甲醛瓷砖表面结构如图3所示。所以擦洗2000次后，二氧化碳增量变化不大，这也说明了本研究制备的除甲醛瓷砖耐擦洗性能优异、实用性强。

图2 除甲醛瓷砖湿毛巾不同擦洗次数后降解甲醛情况图

图3 除甲醛瓷砖表面结构示意图

3.3 干、湿毛巾擦洗测试分析

图4所示为除甲醛瓷砖用干、湿毛巾分别擦洗5000次，模拟家庭瓷砖清理过程以考察其实用性情况。由图4可知，瓷砖被干、湿毛巾擦洗5000次后，甲醛降解产物二氧化碳的增量分别为24 ppm和27 ppm，两者相差不大，可知除甲醛瓷砖可同时适用干、湿毛巾的擦洗，这可能是因为除甲醛瓷砖具有如图3所示表面结构后，光触媒粒子不易被外界干扰除去，特别是微孔中的光触媒粒子，所以无论是湿毛巾擦洗，还是干毛巾擦洗，都不会影响除甲醛瓷砖降解甲醛的性能，这也说明了本研究制备的除甲醛瓷砖适用家庭实际使用环境，具有广泛的应用前景。

图4 除甲醛瓷砖干、湿毛巾擦洗后降解甲醛情况图

3.4 瓷砖泡水测试分析

图5 除甲醛瓷砖浸泡前后降解甲醛情况图

图5所示为除甲醛瓷砖水中浸泡一天前后其降解甲醛性能情况，这也是模拟瓷砖正常使用过程中会遇到的情况，以此进一步评价其应用性。由图5可知，浸泡前，甲醛降解产物二氧化碳的增量为46 ppm，浸泡后，二氧化碳增量为36 ppm，二氧化碳增量略有下降，这可能是由于除甲醛瓷砖表面多余的光触媒和未牢固结合的光触媒被水泡出，脱离瓷砖表面，导致降解甲醛性能有少量降低，但降解甲醛性能依然优异，所以本研究制备的除甲醛瓷砖性能稳定、适用性强。

4 结论

（1）通过瓷砖表面后处理技术，在瓷砖表面牢固附着一层纳米TiO2光催化功能层，可制备出具有降解甲醛功能的瓷砖；

（2）经过多次擦洗、不同毛巾擦洗和浸泡等方式模拟瓷砖实际使用环境以评价其使用性，结果显示本研究制备的除甲醛瓷砖具有优异的耐用性，应用前景广阔。

参考文献

[1]原福胜,宫斐,梁瑞峰.居室装修后室内空气污染及变化趋势[J].环境与职业医学,2009,26(5)：441-443.

[2]朱迪迪,戴海夏,钱华.我国室内空气污染现状调研与分析[J].上海环境科学,2010(4)：174-180.

[3]瞿芬.室内装饰装修材料的甲醛污染检测与控制 [J].建材与装饰,2013(9)：339-340.

[4]马亚梦.装修居室甲醛污染状况及功能植物的甲醛去除能力研究[D].中南大学,2012.

[5]陈昌胜,衣守志,郭强,等.光电催化空气净化器净化甲醛性能研究[J].现代化工,2015(10)：122-124.

[6]Lan Y.C.,Lu Y.L.,Ren Z.F..Mini review on photocatalysis of titanium dioxide nanoparticles and their solar applications[J],Nano Energy,2013,2(5)：1031-1045.