Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

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Ｃｕ—ＴｉＣ）２光催化降解甲醛气体的

研究及应用

张浩“２，赵江平－，ｚ，王智懿２

（１．西安建筑科技人学西部建筑科技国家重点实验培育基地，陕两西安７１００５５：

２．两安建筑科技人学劳动安全卫生研究所，陕西西安７１００５５）

摘要：采用环境测试舱模拟可见光下的室内环境．以甲醛气体的光催化降解为探针反应．评价了通过纳米杂化和溶胶一凝胶技

术制备的Ｃｕ－Ｔｉ０２纳米晶体对甲醛气体的降解效果。用ｘ射线衍射和紫外一可见分光光谱表征了掺杂纳米ＴｉＯ：的晶体结构与光学性能。结果表明，Ｃｕ—ＴｉＯ：在可见光源下具有比纯ＴｉＯ：更好的光催化降解甲醛气体能力，并探讨了其在新型环保建材方面的应用。

关键词：ｃｕ—Ｔｉ０：；光催化；甲醛：建筑材料中图分类号：ＴＱｌ３４．１＋１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１—７０２Ｘ（２０（）９）０９—００７８＿０３

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｕ－Ｔｉ０２：ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ：ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ；ｂｕｉｌｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ

Ｏ前言

很低；（２）ＴｉＯ：在重复使用后，光催化活性有所降低：（３）ＴｉＯ：在光催化过程中电子与空穴的复合率高１２１，使得可见光能的利室内装饰装修不断发展的同时，也导致了写字楼和家庭用率很低。

住宅空气中的甲醛浓度有所上升，造成了室内空气质量下降，为了进一步改善ＴｉＯ：的光催化性能，提高其量子效率和使人们的身体健康受到影响。ＴｉＯ：光催化降解甲醛气体作为对可见光能的利用率，必须对ＴｉＯ：进行改性。本文根据课题高效环保技术ＩＩＩ，其实用化的研究开发受到广泛重视。然而，组从事利用掺杂ＴｉＯ：纳米微粒的光催化特性净化以挥发性ＴｉＯ：也存在自身的局限性：（１）ＴｉＯ：带隙较宽，使其量子效率

有机物ＶＯＣｓ（苯、甲苯、甲醛等）为主的室内空气污染物的经验，采用纳米杂化和溶胶一凝胶技术，制各出掺杂Ｃｕ的Ｔｉ０２收稿日期：２００９一０５—２２

（简称Ｃｕ－Ｔｉ０９纳米微粒，在模拟室内环境的条件下，测试其作者简介：张浩，男，１９８２年牛，江苏南京人，硕士研究牛。地址：陕

对甲醛气体的去除效果。并探讨Ｃｕ－ＴｉＯ：纳米微粒在降解甲西省两安市雁塔路１３号两安建筑科技大学２５１号信箱，Ｅ—ｍａｉｌ：

醛多孔调湿材料、防污自洁玻璃、陶瓷和抗菌防霉内墙涂料等ｆｅｎｇｘｕｌ９８２１０１８＠１６３．ｃｏｒｎ。

新型环保建筑材料中的应用。

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新型建筑材料

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万　

方数据

Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

张浩，等：Ｃｕ—ＴｉＯ：光催化降解甲醛气体的研究及应用

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１试验

１．１主要原料

钛酸丁酯：化学纯；甲醛、无水乙醇、硝酸铜、硝酸、氨水、冰醋酸：均为分析纯；去离子水。

１．２

Ｃｕ—Ｔｉ０２和纯Ｔｉ０２的制备

采用溶胶一凝胶法制备Ｃｕ—ＴｉＯ：纳米微粒，具体步骤为：

将钛酸丁酯Ｔｉ（Ｃ２１９０）。剧烈搅拌下滴加到２／３用量的无水乙

醇中，搅拌后得到均匀透明溶液，再将溶有硝酸铜［ＣｕＣＮ０３）： ３Ｈ２０（掺杂Ｃｕ２＋的摩尔百分数为２％）１的稀硝酸于剧烈搅拌下缓慢加入上述溶液，在剧烈搅拌下将剩余ｌ／３用量的无水乙醇缓慢滴完，剧烈搅拌后，所得液体溶胶于室内陈化９６

ｈ，

形成十凝胶，进行抽滤后放入烘箱１０ｈ烘干，缓慢升温到５００℃，恒温２ｈ，取出放在室内自然冷却，研碎备用，制得Ｃｕ—ＴｉＯ：。将溶有硝酸铜的稀硝酸换成一定量的去离子水，重复以上过程，制得纯ＴｉＯ：作对比分析用。

１．３

Ｃｕ－ＴｉＯ：光催化降解甲醛气体效果测试利用环境测试舱模拟民用室内环境（见图１），温度设置

在（２３±０．５）℃，湿度设置在（４５±３）％。把２．５“Ｌ浓度为３７％一４０％的甲醛溶液滴加在培养皿上，放入环境测试舱，待其充分挥发，使整个环境测试舱中的甲醛气体浓度为１ｍｇ／ｍ３。将Ｃｕ—ＴｉＯ：以２ｇ，／ｍ，均匀负载到０．１ｍ：的玻璃上，利用町见光源进行激发，使其产生光催化作用。按ＧＢｆｌ＇１５５１６－－－１９９５规定采用乙酰丙酮分光光度法，每隔６０ｒａｉｎ采样１０Ｌ舱内的气体，测试环境测试舱中甲醛浓度的变化。

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图１环境测试舱模拟民用室内环境示意

１．４

Ｃｕ＿ＴｉＯ：性能表征ＸＲＤ表征：日本Ｒｉｇａｋｕ

Ｄ／ｍａｘ２５５０

ＶＢ／ＰＣ型Ｘ衍射仪，采用Ｃｕ靶Ｋ仅辐射（入＝０．１５０４ｎｍ），石墨单色器，工作电压４０ｋＶ，电流１００ｍＡ，扫描速率４

ｏ／ｍｉｎ。

ＤＲＳ表征：岛津一２４５０犁ＵＶ—ＶＩＳ分光光谱仪，以标准万　

方数据ＢａＳＯ。粉末为参比，扫描范围为２００—１０００

ｎｍ。

２结果与讨论

２．１

Ｃｕ—Ｔｉ０２光催化效果

图２为环境测试舱内甲醛气体分别在自然条件、纯ＴｉＯ：

光催化和Ｃｕ—ＴｉＯ：光催化下的浓度变化情况。

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图２环境测试舱内甲醛气体的浓度变化

从图２可以看出，依靠宅气自身能力去净化甲醛气体是不现实的。纯ＴｉＯ：在可见光源的照射下，对甲醛气体具有一定的光催化作用，但效果不佳，在２４０ｍｉｎ对甲醛气体浓度降解１６．２％。利用纳米杂化技术和溶胶一凝胶技术制备的Ｃｕ—ｍｉｎ对甲醛气体浓度降解可以达到５６．７％。

ＧＢ

５０３２５－－２００１《民用建筑工程室内环境污染控制规范》

将甲醛列为实施污染控制的污染物。其污染物浓度限量为Ｉ类民用建筑工程小大于０．０８ｍｇ／ｍ３，１１类民用建筑工程不大于０．１２ｍｓ／ｍ，。图３为Ｃｕ—ＴｉＯ：对环境测试舱内甲醛气体光催化效果曲线。

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图３环境测试舱内Ｃｕ—ＴｉＯ：对甲醛气体光催化效果

从图３可知，在可见光下Ｃｕ—ＴｉＯ：对浓度为ｌｍｇ／ｍ３的甲醛气体进行光催化降解，经过８．０７ｈｊ将甲醛气体浓度降解达到Ⅱ类民用建筑标准要求，经８．４０ｈ，将甲醛气体浓度降解

达到Ｉ类民用建筑标准要求。

２．２

Ｃｕ—Ｔｉ０２性能表征

图４为纯ＴｉＯ：的ＸＲＤ分析，图５为Ｃｕ—ＴｉＯ：的ＸＲＤ分

析。

ＮＥＷＢＵＩＬＤＩＮＧＭＡＴＥＲＩＡＬＳ

７９

ＴｉＯ：对甲醛气体具有很好的光催化效果，在２４０

Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

张浩，等：Ｃｕ＿Ｔｉｏ：光催化降解甲醛气体的研究及应用

图４纯Ｔｉ０２的ＸＲＤ分析

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图５Ｃｕ－Ｔｉ０２的ＸＲＤ分析

对比图４和图５可以看出，图４中只有非正分锐钛矿型Ｔ站砣Ｏ：衍射峰；图５中出现锐钛矿型ＴｉＯ：衍射峰的同时也出现金红石型ＴｉＯ：的衍射峰，说明掺杂Ｃｕ可以促进非正分锐钛矿犁Ｔｉ。花Ｏ：向锐钛矿型ＴｉＯ：转变，同时诱导生成金红石型ＴｉＯ：。尽管单从晶型上分析，金红石犁晶体的粒径较大，其光催化效果不如锐钛矿型晶体，但是一定比例的锐钛型与金红石型混合的ＴｉＯ：晶体将具有更高的光催化活性，这是因为尽管金红石型ＴｉＯ：的带隙能稍小于锐钛矿型的，但从量子产率的角度来看，纳米金红石型ＴｉＯ：对光的利用率更高ｌ｝卅。

图６为纯ＴｉＯ：和Ｃｕ—Ｔｉ０２的ＤＲＳ对比分析。

图６纯ＴｉＯ：和Ｃｕ—ＴｉＯ：的ＤＲＳ对比分析

从图６可以看出，Ｃｕ—ＴｉＯ：虽然在紫外光区和可见光区的交界处出现拐点，但是其对光的吸收能力没有如纯ＴｉＯ：那样大幅度降低，而是有一个平缓的趋势，逐渐过度到可见光区，这证明了Ｃｕ—ＴｉＯ：可以较好地响应可见光源的激发，产生

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新型建筑材料

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万　

方数据光催化效果，并且紫外光起始明显向长波方向发牛移动，即发生红移现象。

３

Ｃｕ．Ｔｉｏ：在新型环保建筑材料中的应用探讨

３．１

降解甲醛多子Ｌ调湿材料

将一定比例的负载Ｃｕ—Ｔｉ０：后的活性炭纤维、高吸水性

树脂凝胶、沸右粉、发泡剂、稳定剂等复合，制成一种复合型纳米ＴｉＯ：降解甲醛的多孔调湿材料闱，这种材料利用活性炭纤维

负载纳米ＴｉＯ：颗粒在光催化的条件下降解甲醛作用，高吸水性树脂凝胶和沸石粉的自动吸放湿能力调节湿度，再利用发泡剂形成材料内部的微孔，制成多孔的纤维板材，使得这种多孔纤维板材具有吸附甲醛、调节湿度的作用。３．２防污自洁玻璃、陶瓷

镀有Ｃｕ—ＴｉＯ：薄膜的表面具有高度的自清洁效应，一旦

这些表面被油污等污染，因其表面具有超亲水性，污物不易在其表面附着。阳光中的紫外线足以维持Ｃｕ—ＴｉＯ：薄膜表面的亲水特性，从而使其表面具有长期的防污自清洁效应。由于Ｃｕ－ＴｉＯ：具有光催化作用和超亲水特性，将其应用于玻璃、陶瓷等建筑材料时，具有净化空气、杀菌除臭、防污等环保功能，而且还可大量节省建筑物的清洗和保洁费用１６１。３．３抗菌防霉内墙涂料

Ｃｕ—ＴｉＯ：具有很强的氧化还原能力，具有净化空气、除臭等功能，可制成抗菌防霉内墙涂料。在采用纳米杂化技术和溶胶一凝胶技术合成Ｃｕ—ＴｉＯ：的基础上，根据杀菌功能高效性的需要，进行表面掺杂和处理，制成特有的抗荫纳米ＴｉＯ：，将其充分混匀于水性乳胶漆中制成无污染、具有抗菌防霉的室内环保型功能涂料。

４结语

（１）在可见光源的条件下，Ｃｕ－ＴｉＯ：具有比纯ＴｉＯ：更好的对甲醛气体的降解效果，对于浓度为１ｍｇ／ｍ３的甲醛气体，经过８．０７ｈ，能将甲醛气体浓度降解达到Ⅱ类民用建筑标准要求，经

８．４０

ｈ，能将甲醛气体浓度降解达到Ｉ类民用建筑标准要求。

（２）掺杂Ｃｕ会促进非正分锐钛矿型Ｍ：向锐钛矿型

ＴｉＯ：转变，同时诱导生成金红石型ＴｉＯ：，一定比例的锐钛矿与金红石型ＴｉＯ：混合晶体具有更高的光催化活性。并且Ｃｕ—ＴｉＯ：更有利于响应可见光源的激发，产牛催化效果，并且紫外

光起始明显向长波方向发生移动，即发生红移现象。

（３）Ｃｕ—ＴｉＯ：具有高效光催化降解能力、高度的自清洁效应和很强的氧化还原能力，目前已经在降解甲醛多孔调湿材料，防污自洁玻璃、陶瓷和抗菌防霉内墙涂料中得到一定的应用，将在新型环保建筑材料方面具有更广阔的应用前景。

Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

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全国中文核心期刊

提高隧道无机颗粒吸声材料耐久牲的措施

金雪莉“２，骆翔宇３，曾令可３

（１．华南理工大学建筑学院，广东广州５１０６４０：２．广州番禺职业技术学院建筑工程系，广东广州５１１４８３；

３．华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州５１０６４０）

摘要：以陶粒、膨胀珍珠岩为骨料制各了适用于隧道环境的无机颗粒吸声材料，为了提高该材料的防潮性及在隧道潮湿环境下的耐久性，提出了多种改善该材料耐久性的方法——对骨料进行防潮颁处理，原料中掺入硅灰、聚丙烯纤维，表面进行防水处理等，

测试了各种改善措施的效果，为无机颗粒吸声材料在隧道环境中的使用提供了保障。

关键词：吸声材料；陶粒；孔隙；吸声性能：耐久性中图分类号：ＴＵ５０２．４

文献标识码：Ａ

文章编号：ｉ００１—７０２Ｘ（２００９）０９—００８１—０３

Ｍｅａｓｕｒｅｓ

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ｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｏｒｇａｎｉｃｔｕｎｎｅｌｓｏｕｎｄ－ａｂｓｏｒｂｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ

ＪＩＮＸ∽此ｍ，ＬＵＯＸｉａｎｇｙｕ３，ＺＥＮＧＬｉｎｇｋｅ３

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ：２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＧｕａｎｇｚｈｏｕＰａｎｙｕＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１１４８３，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；

３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ

５１０６４０，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

０前言

益重视和对生活环境要求的提高，控制隧道内噪声污染成为必然趋势。在隧道壁面铺咕吸声材料，具有简便易行、造价低公路和地铁隧道内空间狭长，经由隧道内界面多次反射廉、效果持久等优点，可显著减弱混响卢，消除人们被噪卢“包形成的混响声场远比相同噪声源在开放空间形成的噪声声场围”的感觉【ｌ】。

要大，严重影响了人们出行的舒适感。随着人们对健康的日

隧道内空间狭窄，不便维护，因此要求壁面吸声材料具有良好的耐久性，由于吸声材料只是作为壁面铺贴材料，通常不基金项目：广州市科委重点科技攻关项目（２００２２３一Ｄ０２４１）

承重，因此其耐久性主要指吸声性能的耐久性。

佛山市科委产学研资助项目（２００５８１０３０１０２６）

本文以陶粒为骨料制备了无机颗粒吸声材料，该材料具收稿日期：２００９—０４—２０

有强度高，不含石棉、矿物纤维、聚苯乙烯等有腐蚀性的物质，作者简介：金雪莉。女，１９７９年生。甘肃甘谷人，博士，讲师，主要研究防火性能良好等优点，适用于隧道环境中，但是该材料还具有功能性建筑材料。地址：广州市＾山路３１８号，电话：１５９１４３１９８５５，Ｅ—

无机材料共同的缺点——不防潮，如何在隧道这一潮湿环境ｍａｉｌ：ｊｉｎｘｌ０２４１４＠１２６．ｃｏｉｎ。

中使用，并保证其吸声性能持久不降低成为该吸声材料应用

参考文献：

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【ｌ】ＦｕｊｉｓｈｉｍａＡ，ＨｏｎｄｏＫ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓｏｆ

ｗａｔｅｒ

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【４】孙静，高濂，张青红席０备具有光催化活性的金红石相纳米氧化

ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ

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【５１范影，郑平．复合型纳米ＴｉＯ：降解甲醛多孔调湿材料研究【Ｊ】．新

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ｌｙｓｔｓ

ａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

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Ａ

ＮＥＷＢＵＩＬＤＩＮＧＭＡＴＥＲＩＡＬＳ

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万　

方数据【３】任成军，钟本和，陈国强，等．铜离子掺杂对二氧化钛薄膜光催化

Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

作者：作者单位：

张浩， 赵江平， 王智懿， ZHANG Hao， ZHAO Jiangping， WANG Zhiyi

张浩,赵江平,ZHANG Hao,ZHAO Jiangping(西安建筑科技大学西部建筑科技国家重点实验培育基地,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学劳动安全卫生研究所,陕西,西安,710055)，王智懿,WANG Zhiyi(西安建筑科技大学劳动安全卫生研究所,陕西,西安,710055)新型建筑材料

NEW BUILDING MATERIALS2009,36(9)6次

刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

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Cu-TiO2光催化降解甲醛气体的研究及应用

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7.张浩.朱庆明.刘秀玉.黄新杰 基于指数平滑法的光催化涂料效果灰色预测模型及应用[期刊论文]-涂料工业2013(1)

8.张浩.张晓洁 纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中的应用[期刊论文]-环境与健康杂志 2010(11)

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