硅藻土复合材料在甲醛吸附降解方面的研究进展

2020-01-15李强文邵亚馨杨小盛妥梅张芳孙万虹

化工管理 2020年7期

李强文邵亚馨杨小盛妥梅张芳孙万虹

(1.西北民族大学化工学院，甘肃兰州 730124；2. 西北民族大学实验教学部，甘肃兰州 730124)

0 引言

甲醛其特殊的分子结构，因而具备较为灵敏的反应活性，被广泛应用于各类有机合成。长期处于甲醛含量超标的环境中会引发很多疾病[1]，例如白血病、鼻喉肿瘤等。由此看来，消除甲醛特别是空气中弥漫的甲醛，成为科学技术人员研究的热门方向之一；而硅藻土因其独特的表面结构，成为了甲醛吸附研究的一个重点方向。硅藻土化学成分主要是SiO2，含有少量的Fe2O3、Al2O3、MgO、P2O5、CaO、K2O、Na2O 和有机物[2]。硅藻土具有吸附性好、比表面积大等特性，且储量丰富，近年来已被广泛应用于环保、化工等众多领域[3]。硅藻土的上述特性，形成了硅藻土在甲醛吸附方面的研究体系。本文将从硅藻土出发，对硅藻土各种类型的甲醛吸附降解研究进行总结论述。

1 金属氧化物/硅藻土

光催化技术是利用光在光催化剂的表面产生·OH、·O2等具有较强氧化性的基团，将大部分有害的有机质转化成无毒害的H2O 和CO2，光催化技术在处理甲醛污染方面有很大的应用前景。

ZnO 在光催化应用方面是一种较为常见的氧化物。在利用光催化处理水体有机污染物方面，纳米ZnO 的效率比TiO2高。且相对于TiO2而言，ZnO 价格低廉，可广泛应用于甲醛的处理。当前纳米ZnO 制备以单一相为主，成本过高；且ZnO 颗粒均匀度不够，分散性较差，处理效率有待提高。李勰等[4]采用两相界面法制备了超细纳米晶复合材料。提高了ZnO 的光催化活性，能够有效降解气体水体中的甲醛。该研究表明，与1.0% La: ZnO 材料相比，1.0% La: ZnO/硅藻土复合材料对甲醛的降解效果更高。两相界面法工艺流程简单，能耗较低，可用于制备超细纳米晶。

目前，市销的硅藻泥的甲醛净化效率较低，且因有机粘结剂引起了二次污染。对该问题，刘秀娟等[5]将活性氧化铝引入硅藻泥，活性氧化铝材料多孔分散性好、比表面积大，与TiO2有较强的作用，可提升材料比表面积、调控硅藻土表面性质，避免了二次污染。

二氧化锰(MnO2)是过渡金属氧化物，在甲醛降解吸附方面有较强的应用前景。刘丽等[6]采用溶胶-凝胶法，500℃下煅烧样品，制备纳米MnO2硅藻土复合材料；XRD、SEM 显示，MnO2为四方晶体，该晶体呈纳米棒状且均匀地负载于硅藻土表面。表明常温常压、自然光下纳米MnO2负载硅藻土对气体甲醛具有较好的降解活性，且造价低廉、无二次污染、可回收利用，具有较大的应用前景。

2 聚合物/硅藻土

1907 年，从贝克兰发明酚醛树脂到现在，人类使用塑料的历史已有百余年[7]。众所周知，塑料的出现给人们生活带来了极大的便利，随之而来的环境问题引起人们的注意。由于塑料各方面优良的性能，在农业、纺织、国防等领域，得到了广泛的应用，与钢铁、木材、水泥构成现代工业的四大基础材料[8]。硅藻土应用方面，聚合物有着独特优势。

葛铁军等[9]制备了LDPE/硅藻土复合材料。硅藻土有机化处理后，与LDPE 进行复合所得的复合材料除了复合材料的表面吸附作用外，也存在着复合材料对甲醛的相似相溶效应，硅藻土通过与LDPE 复合，实现对甲醛物理吸附与化学吸附的结合，进一步提高了甲醛的吸附效率。且适量硅藻土的作用能有效提升复合材料的拉伸性能。该研究工艺简单、硅藻土易得，利于大规模的生产。

在众多的污染处理技术中，自然界中分布最广、含量最多的纤维素由于其来源广泛且可再生、价格低廉、可自然生物降解等特性而被广泛应用。王佳楠等[10]以微晶纤维素、硅藻土为原料，以氢氧化钠/尿素复合水溶液为溶剂，采用冷冻干燥法制备了纤维素/硅藻土复合材料。表征显示，制备不同质量分数的纤维素的复合材料，其内部具备纤维素气凝胶疏松多孔的三维网状结构，且硅藻土附在纤维素的链上，吸附效果较好。

3 天然产物/硅藻土

电气石是含硼的天然环状硅酸盐，含有钠、镁等活泼金属元素。兼备热电性和压电性，极易因静电而使之带电，由此称之为电气石。电气石在环保领域已有广泛的应用，并成为近年来环保材料的热点研究方向[11]。高如琴等[12]研究了以多孔陶瓷硅藻土基为载体，并在其表面浸渍硅藻土、电气石，经过低温煅烧制备出了电气石修饰的硅藻土基材料。该材料在烧结过程中硅藻土与超细电气石粉、烧结助剂通过堆积形成大量孔洞，孔洞在该复合材料颗粒上以及颗粒之间形成了连贯的孔洞结构，具有较好的吸附性能。泥炭藓是一种有机植物质原料。胡明玉等[13]以硅藻土和泥炭藓为首要原料，通过无机掺合料对材料强度和耐水性的调节，制备了硅藻土/泥炭藓复合材料。并研究了材料强度、耐水性，选择较优的材料配比。该复合材料的毛细孔洞，使其在甲醛吸附方面具有一定的应用前景。