硅藻土基环保材料制备与应用的实验研究

王楠楠+侯赛男+于培生

摘 要：文章采用硅藻土、植物碎屑、粘结剂和增稠剂等物质制备出硅藻土基环保材料，并利用扫描电镜、红外光谱对其进行表征，分析其表面形貌特征、物质结构和所含基团。在硅藻土基环保材料吸附去除有害气体的应用实验研究中，发现其对甲醛、甲苯和氨气的去除率分别达到58.16%、47.22%和53.27%。

关键词：硅藻土；环保材料；制备；应用

1 概述

随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们开始更加关注家居环境，因此室内装饰装修开始成为一种时尚，不过目前大部分装饰装修材料中都含有害化学物质，比如甲醛、氨气、苯系物等挥发性气体，这些气体对人体健康造成一定的危害。硅藻土是一种天然矿物质材料，主要化学成分是SiO2，一般以SiO2·nH2O的形式存在，另外还混有少量的Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、P等杂质。硅藻土表面微孔非常多，没有任何有害的化学物质，具备隔热、隔音、防水、阻燃等优点。另外，还具有除臭、吸湿、吸附室有害气体等作用。因此，硅藻土基吸附剂可以作为一种新型室内空气净化环保材料。

2 环保材料制备情况

2.1 实验材料与试剂

硅藻土、植物碎屑、可分散性糯米胶粉（粘结剂）、羧甲基纤维素钠（增稠剂）、去离子水。

2.2 实验仪器

马弗炉（SX2-4-10型）、粉碎机（QE-100型）、搅拌器（JB90-D型）、气体采样器（QC-1型）、电热鼓风干燥箱（DHG-9030A型）、红外光谱仪（NICOLET5700型）、扫描电镜（JSM-5600LV型）

2.3 制备工艺

实验采用天然多孔的硅藻土为基材，附加一定比例（见表1）的植物碎屑、粘结剂、增稠剂等物质，制备出硅藻土基环保材料。

（1）焙烧。将硅藻土置于马弗炉中，在温度450℃下焙烧90min，从而烧除硅藻土中的有机物质，增加颗粒表面微孔数量。（2）破碎过筛。将硅藻土和植物碎屑分别进行破碎，并将颗粒通过孔径为0.1mm的分样筛，得到筛下物。（3）人工混合。将破碎过筛后的硅藻土和植物碎屑、增稠剂、粘结剂按照一定比例混合，并用搅拌器搅拌均匀。（4）人工造粒。将去离子水缓慢加入均匀的混合原料中，并用玻璃棒搅拌至凝胶状态，然后，进行手工制作3mm左右的颗粒。（5）烘干。将人工制作的颗粒放入电热鼓风干燥箱进行烘干，设定温度为30℃，时间为24h；然后取出用塑封袋密封，放置于干燥器中备用。

2.4 材料表征

选取干燥器中备用的硅藻土基环保材料进行扫描电镜和红外光谱分析。图2是硅藻土基环保材料的扫描电镜图。从图2中可以看出，材料成品中没有硅藻土多孔的物质结构，而是表面比较粗糙，呈现簇状、团状结构，孔隙较发达，比表面积较大，这说明通过焙烧、造粒的过程，硅藻土基本上参与了反应；另外，植物碎屑连接着这些簇状、团状结构，保证了成品的抗压、抗折强度。

硅藻土基环保材料红外光谱分析情况如图3所示。从图中可以看出，位于1000-1200cm-1处的峰为硅氧烷基团（-Si-O-Si-）；原硅藻土经过焙烧后，结构发生了变化，2750、2940、2300和1460cm-1处的有机质峰（-CH、-CH2等）消失，表明焙烧后有机物逐渐被去除；3400-3500cm-1处是-NH或-OH键的伸缩振动峰，可能为缔合水、植物碎屑、硅藻土表面羟基及有机杂质的峰；而786及714cm-1处的-Si-OH基团振动峰强度减弱，可能是硅藻土焙烧后部分-OH基团发生改变。

3 环保材料应用情况

3.1 实验方法

分别制作两个体积为1m3的密闭容器，分别标注G0、G1，在G1密封容器中放置硅藻土基环保材料，G0密封容器作对比空白试验，进行甲醛、甲苯、氨气去除率的测定。

（1）甲醛去除率的测定：用移液枪分别称取5μL甲醛溶液两份，同时放入上述G0、G1两个密闭容器中，静置24h后，使用空气采样器从密闭容器分别采集等量气体，采用可见分光光度计（722N型）检测气体样品中甲醛含量，换算成体积浓度，浓度差值与空白容器中样品浓度的比值即为甲醛去除率。

（2）甲苯去除率的测定：用移液枪分别称取5μL甲苯溶液两份，同时放入上述G0、G1密闭容器中，静置24h后，使用空气采样器从密闭容器分别采集等量气体，采用气相色谱仪（GC-2010 Plus型）检测气体样品中甲苯含量，换算成体积浓度，浓度差值与空白容器中样品浓度的比值即为甲苯去除率。

（3）氨气：用移液枪分别称取5μL氨水溶液两份，同时放入上述G0、G1密闭容器中，静置24h后，使用空气采样器从密闭容器分别采集等量气体，采用可见分光光度计（722N型）检测气体样品中甲苯含量，换算成体积浓度，浓度差值与空白容器中样品浓度的比值即为氨气去除率。

3.2 吸附效果（吸附率、有害气体去除率）

在密封容器内，硅藻土基环保材料吸附甲醛、甲苯、氨气三种有害气体实验的数据如表2所示。从表2中数据可以看出，硅藻土基环保材料对于三种有害气体都具有一定的吸附效果，其中，甲醛的去除率较好，达到58.16%，甲苯的去除率较差，仅为47.22%。

参考文献

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[2]刘洁，赵东风.硅藻土的研究现状及进展[J].环境科学与管理，2009（5）：104-106.

[3]宋兵，郑水林，杨涛，等.硅藻土基复合材料的研究现状和发展前景[J].中国非金属矿工业导刊，2012（3）：56-59.endprint