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納米TiO2改性內墻乳膠漆降解甲醛的研究,主要研究了利用TiO2 光催化作用對傳統內墻乳膠漆改性, 并進行降解甲醛實驗的研究 研究結果表明, 改性乳膠漆能顯著提高降解甲醛的能力
2019年07月24日    閱讀量:5042    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 前 言

近年來, 隨著家庭裝修被越來越多人重視, 隨之而來的室內環境污染問題也擺在人們的面前。人造板材, 如木工板、涂料、各種粘合劑的大量使用, 還有其它木制家具不斷釋放各種有害氣體, 如甲醛、苯系物、氨以及揮發性有機化合物等, 使室內污染相當嚴重。


其中甲醛作為主要的污染源, 危害尤其嚴重, 經測定, 甲醛釋放期可長達幾十年, 長期接觸不但危害人體健康, 還會污染大氣[ 1] 中國建材網cnprofit.com。納米科技的發展, 特別是納米半導體光催化技術可利用其光催化原理,將污染有機物從根本上予以光解消除。


納米T iO2因為無毒、催化活性高、氧化能力強、穩定性好被廣泛采用。在涂料領域, 可作為添加劑對傳統內墻乳膠漆進行改性。改性后的乳膠漆可有效降解甲醛,凈化室內空氣。本文研究了納米T iO2 對改性乳膠漆光催化降解甲醛的性能及常規性能的影響。


1 實驗過程

1. 1 實驗原料和儀器

( 1)實驗原料

苯丙乳液398: 美國羅門哈斯。

顏料填料: 鈦白粉(金紅石型)、輕鈣、重鈣。

添加劑: 消泡劑、增稠劑TT935、分散劑

SN5040、潤濕劑PE100、成膜助劑、乙二醇、殺菌劑等。

納米二氧化鈦: 銳鈦型納米T iO2、抗菌粉(銳鈦型納米T iO2 摻雜鈰離子)。


( 2)實驗儀器

球磨機、高速分散機、超聲波細胞粉碎機、甲醛測定儀等。


1. 2 制備過程

將水、乙二醇、成膜助劑、潤濕劑按一定比例初步混合, 加入少量分散劑、消泡劑、氨水, 調節pH 值為8~ 10左右, 高速攪拌, 攪拌過程中加入納米材料, 超聲波分散30 m in, 加入各種填料, 球磨分散30 m in, 最后加入消泡劑和乳液, 緩慢攪拌, 攪拌過程中用增稠劑調整粘度, 即獲得成品。


1. 3 光催化原理

納米T iO2 是N 型半導體材料, 其能帶有1個充滿電子的低能帶和1個空的高能帶構成, 低能帶和高能帶由禁帶分開。光照條件下, 當T iO2 受到大于或等于禁帶寬度能量的光子(光子波長小于等于387. 5 nm)照射后, 電子受激發從價帶激發到導帶,成為光生電子, 同時在價帶上產生相應的空穴。空穴是良好的氧化劑, 可將吸附在表面的OH- 和H2O氧化形成具有更強氧化性的羥基自由基, 羥基自由基能氧化絕大多數有機污染物和部分無機污染物,將其最終降解為CO2, H2O等無害物質, 達到凈化空氣的目的。


1. 4 光催化反應設備

甲醛降解實驗在1個容積為1m *1 m * 1m的密閉玻璃箱內進行。玻璃4個側面和底面固定, 頂面略大, 玻璃之間的間隙用凡士林密封以保證箱內氣體不外漏。玻璃箱內底部放置1臺小功率電扇和1臺溫度控制儀, 電扇和控溫儀線路從通孔穿入(并作密封處理), 玻璃箱內頂部放置1盞小功率燈管( 365 nm 紫外燈或日光燈)。頂面玻璃預留測試孔。


1. 5 光催化實驗過程

把未改性的乳膠漆、納米T iO2 改性乳膠漆和加抗菌粉的乳膠漆分別均勻噴涂在3塊面積均為500mm* 500 mm的玻璃板上, 自然晾干, 分別放入3個1. 4所述的玻璃箱內, 蓋上頂部玻璃, 用凡士林對邊緣進行密封。分別向3個反應箱內通入相同濃度和數量的甲醛氣體, 然后把測試孔用遮蓋玻璃蓋上, 邊緣用凡士林密封。接著啟動電扇, 調節控溫儀溫度至25oc , 在規定時間內, 每隔一段時間測定1 次箱內甲醛濃度, 甲醛濃度用ppm 表示。


2 結果和討論

2. 1 T iO2 晶體類型和光源的比較

將銳鈦型納米T iO2、抗菌粉按一定比例(質量百分比為2% )制備改性內墻乳膠漆, 并與未改性乳膠漆進行降解甲醛實驗對比。實驗分兩個階段進行, 分別以紫外光和可見光為光源進行實驗, 考察不同催化光源對改性乳膠漆降解甲醛的區別, 實驗結果見圖1, 2。

納米TiO2改性內墻乳膠漆降解甲醛的研究,主要研究了利用TiO2 光催化作用對傳統內墻乳膠漆改性, 并進行降解甲醛實驗的研究 研究結果表明, 改性乳膠漆能顯著提高降解甲醛的能力 中國建材網,cnprofit.com


第1個階段是以20W 的紫外燈為催化光源,甲醛初始濃度均為2. 5 ppm, 實驗具體方案按1. 5實施。從實驗結果可看出, 用銳鈦型納米T iO2、抗菌粉配制的改性乳膠漆和未改性的乳膠漆均能不同程度的降解甲醛, 銳鈦型納米T iO2、抗菌粉配制的改性乳膠漆比未改性的乳膠漆的甲醛降解程度大得多。


用納米T iO2、抗菌粉改性的乳膠漆對甲醛的降解效果沒有特別明顯的差別, 用紫外光光度計檢測銳鈦型納米T iO2 和抗菌粉的漫反射光譜(見圖3),可以發現, 在紫外光區, 它們吸收光的能力是一致的, 說明它們利用紫外光的能力沒明顯區別。


納米TiO2改性內墻乳膠漆降解甲醛的研究,主要研究了利用TiO2 光催化作用對傳統內墻乳膠漆改性, 并進行降解甲醛實驗的研究 研究結果表明, 改性乳膠漆能顯著提高降解甲醛的能力 中國建材網,cnprofit.com

第2個階段是以20W 的可見光為催化光源,甲醛初始濃度也為2. 5 ppm, 實驗具體方案同樣按1. 5實施。從實驗結果可以看出, 未改性的乳膠漆同樣能使甲醛濃度輕微下降。用銳鈦型納米T iO2改性的乳膠漆降解甲醛的效果比抗菌粉差得多, 同樣分析銳鈦型納米T iO2 和抗菌粉的漫反射光譜(圖3) , 可以發現, 在可見光區, 它們吸收光的能力是不一樣的。


銳鈦型納米T iO2 僅僅能吸收波長<387nm 的紫外光, 而摻雜了鈰離子的抗菌粉吸收光子的能力擴展到了可見光區, 因此, 在可見光為催化光源的條件下, 銳鈦型納米T iO2 改性乳膠漆只有微弱的降解甲醛的能力, 而抗菌粉改性乳膠漆表現出更好的光催化性能。


關于抗菌粉的光催化機理, 有關文獻報道, 鈰離子雖然本身不具備光催化能力, 但是適量的鈰摻雜為T iO2 光催化活性提高了有利的氧化還原勢阱, 阻止了電子空穴對的復合, 從而提高了光催化性能。


比較圖1, 2還可以發現, 可見光作為催化光源的改性乳膠漆與紫外光作為催化光源的改性乳膠漆相比, 對甲醛的降解效果明顯差一些。這表明, 在紫外光照射下, 二氧化鈦的光催化活性優于用可見光作催化光源的情況, 證實二氧化鈦光催化作用對紫外光的依賴性更大。這是因為紫外光波長短, 光的強度更大, 產生的光生電子和空穴就多, 催化活性也相應更高[ 2] 。


2. 2 對涂料老化性能的影響

紫外線是引起涂料老化的根本原因之一, 因為紫外線可引起涂層的主要成膜物質鏈斷裂, 形成活潑的游離基, 游離基進一步引發整個成膜物質的分子鏈發生降解。為了考察納米T iO2 改性乳膠漆在光催化凈化空氣的同時, 涂膜本身是否因光催化加快老化過程。


作者把已經完成了光催化實驗的乳膠漆再進行老化實驗, 以判斷涂膜是否因光催化而加快樹脂老化。為了獲得有效數據, 把光催化實驗時間延長到144 h, 老化實驗結果見表1。

表1 光催化乳膠漆的粉化等級實驗

納米TiO2改性內墻乳膠漆降解甲醛的研究,主要研究了利用TiO2 光催化作用對傳統內墻乳膠漆改性, 并進行降解甲醛實驗的研究 研究結果表明, 改性乳膠漆能顯著提高降解甲醛的能力 中國建材網,cnprofit.com

表1實驗結果說明, 通過144 h的光催化降解甲醛實驗, 涂膜本身沒有因光催化作用而發生提前粉化現象。這是由于光催化的分解能力不足以對苯丙乳膠漆的高分子材料進行加速破壞。


3 結 論

( 1)用銳鈦型納米T iO2 改性內墻乳膠漆對甲醛降解有較好效果。

( 2)紫外光為催化光源的條件下, 用銳鈦型納米T iO2 和抗菌粉制備的相同配比的改性乳膠漆光催化降解甲醛效果差不多, 這是由于它們在紫外光區吸收光子能量的能力無明顯差異引起的。

( 3)可見光為催化光源的條件下, 用銳鈦型納米T iO2 和抗菌粉制備的相同配比的改性乳膠漆光催化降解甲醛效果有較大差別, 這和它們在可見光區吸收光子能量的能力有較大差異有關。

( 4)銳鈦型納米T iO2 或抗菌粉改性苯丙內墻乳膠漆并不會加快其老化過程。



納米T iO2 改性內墻乳膠漆降解甲醛的研究


劉長坤1, 孫作鳳2, 吳健春3, 張玉波4, 宋慶功4, 黃婉霞4

( 1. 四川建筑職業技術學院, 四川德陽 618000;2. 成都紡織高等專科學校機械系, 四川成都 610023;3. 攀鋼集團研究院成都分院, 四川成都 610065;4. 四川大學材料科學與工程學院, 四川成都610065)


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