AG掺杂纳米TIO2光催化降解甲醛性能探讨

袁紫嫣 刘燕霞 钟慧玲 邓紫娴 王延旭

摘要：甲醛作为典型室内空气有机污染物之一，被世界卫生组织认为1类致癌物、致畸物。本文首先分析了光催化降解甲醛的机理，同时总结了不同因素下掺Ag纳米TiO2光催化对甲醛的催化降解影响、提升掺Ag纳米TiO2光催化活性的方式，最后归纳了掺Ag纳米TiO2光催化降解甲醛的研究。

关键词：掺Ag；纳米TiO2；光催化；降解甲醛性能

室内甲醛的常用处理方式为吸附，受吸附效率、吸附条件的影响，存在处理效果不佳和二次污染等问题。光催化技术可将有机污染物氧化为无害的CO2和H2O，不存在二次污染，有着广泛的应用前景。纳米TiO2为开发最早应用最为广泛的光催化剂，在降解水体污染物、光解水和气相污染物的降解中均有广泛应用。本文主要综述掺Ag纳米TiO2光催化降解甲醛性能探讨。

1 光催化降解甲醛的机理

自1972年美国学者发现受辐射的纳米TiO2表面具备持续氧化还原功能、水还原功能后，加大了对半导体多相光催化反应的关注度。

纳米TiO2满价格、空导带之间的禁带宽度为3.26eV。在少量水蒸气空气中，一旦能量超过禁带宽度，光子照射在纳米TiO2表面，价带的电子会被激发到导带上，因此形成活性较高的电子。同时在价带内产生一个带正电的空穴，激发后产生电子-空穴对，促使其快速从内部迁移到表面。在光催化氧化空气中，就微量甲醛反应条件下，吸附在催化剂表面的空气氧气被光生电子还原成超氧化氢自由基，微量水则被氧化为羟基自由基，以此为甲醛深度氧化提供活性的氧化剂。

2 不同因素下Ag掺杂纳米TiO2光催化对甲醛的催化降解影响

甲醛光催化反应会受到很多因素的影响，包括：湿度、反应温度、催化剂用量、气体速度等，详细分析如下。

2.1 湿度影响

在光催化反应中，纳米TiO2对水分子存在吸附饱和，若不存在水蒸气，将会导致催化剂表面·OH减少，使得电子与空穴的复合增加，进而降低了催化剂的活性。若水蒸气浓度增加，水分子会与甲醛出现竞争吸附，在此作用下，会抑制反应的进行。因此，湿度对光催化降解甲醛的效果有重要影响。

任强，狄剑锋[1]等学者认为，在不同试驗条件下，随着湿度的增加，甲醛降解率会先下降后增加，相对湿度在35.0%左右降解率最优，若相对湿度过高、过低，将会阻碍甲醛光催化降解速度。

2.2 甲醛浓度影响

在光催化反应体系中，若试验条件不变，甲醛初始浓度不同，将会影响光催化效果。张浩，黄凯[2]等学者认为，直径为17nm的纳米TiO2制作成质量比为2.0%的喷雾剂，在一定时间内，随着甲醛初始浓度的增加，将会导致降解率上升。随着甲醛初始浓度的持续增加，其降解率反而会下降。总而言之，甲醛初始浓度越高，则反应均衡时间越长，甲醛的降解率则会降低。

2.3 其他因素影响

除上述影响因素外，甲醛气体流速、催化剂载体、光强等均会影响甲醛降解率。在高污染浓度条件下，随着流速的提升，催化剂的降解效果劣化。若污染物浓度较低，通过提升流速则会促使甲醛在反应器中的混合，从而提高污染物的光催化降解效率。

3 Ag掺杂纳米TiO2的方式

Ag掺杂有三种常用的方法，Ag取代TiO2中的Ti原子，金属氧化物堆积在TiO2晶粒周围，Ag沉积在TiO2表面。水热法、浸渍法、溶胶-凝胶法、沉淀-还原等方法均是Ag掺杂TiO2的常用方式。

李静玲[3]等采用强碱熔融-水热法，制备了Ag修饰复合TiO2纳米管，得到在3-5nm的TiO2内外管壁上的Ag NPs掺杂TiO2。何超[4]则采用溶胶-凝胶工艺制备了Ag掺杂的TiO2粉末，Ag的掺杂抑制了锐钛矿粒子的生长，TiO2粉末的比表面积增加。高莹[5]亦采用了sol-gel法制备了Ag掺杂TiO2的纳米薄膜，当Ag掺杂量为0.5%时，光电性能最优。

4 Ag掺杂纳米TiO2光催化降解甲醛的研究

Ag惨仔TiO2光催化剂有诸多的应用，例如降解水体中的染料、抗生素、亦可用于光解水，根据TiO2形貌、晶型、掺杂量、掺杂方式的差异，其光催化性能各有区别。

陈小开[6]采用sol-gel和浸渍法制备了载Ag纳米TiO2溶胶，在高压汞灯为光源下，1%Ag的TiO2薄膜的降解效率可到90%以上。丁震[7]采用掺杂1.5%的Ag的TiO2，并负载与泡沫镍板上，对甲醛和VOCs的降解率分别达到86%和81%。陈丽琼[8]等人制备Ag-TiO2光催化功能内墙涂料，Ag掺杂能有效提高了TiO2的对可见光的响应范围，其降解效率达到了71.1%。吴健春[9]的研究表明，Ag掺杂纳米TiO2改性后的内墙涂料经过40W的日光灯照射8h甲醛降解效率达到75%

5 结束语

综上所述，纳米TiO2光催化降解甲醛的方法操作简单效果显著。但就实际情况而言，目前纳米TiO2光催化涂料甲醛降解还处于研究阶段，工业应用相对较少。如何改良处理工艺，实现光催化能力的提升，降低使用成本，扩展应用范围成为当前解决的问题。

基于本文上述分析，笔者认为：应当选择有效的处理方式，建设高效动态处理工艺。通过改变金属、非金属的性能，实现纳米TiO2光催化剂催化效率的提升，以此强化可见光的利用速度。

参考文献

[1]任强，狄剑锋.纳米TiO2光催化降解甲醛的研究进展[J].上海纺织科技，2016，44（09）：4-7.

[2]张浩，黄凯，黄新杰.Ce-TiO2光催化涂料降解甲醛溶液的性能研究及预测模型[J].稀土，2014，35（04）：18-24.

[3]李静玲，陈文哲，余华梁，等.Ag掺杂TiO2纳米管制备与性能研究[J].

[4]何超，于云，周彩华，等.Ag掺杂对TiO2粉末结构的影响[J].无机材料学报，2003，18（2）：457-467.

[5]高莹，苗慧，成宇飞，等.掺杂Ag提升TiO2纳米薄膜光电性能的研究[J].电子元件与材料，2018，37（4）：

[6]陈小开，彭兵，柴立元.载银纳米TiO2光催化降解HCHO的研究[J].

[7]丁震，陈晓东，袁春伟，等.金属泡沫镍负载纳米TiO2光催化降解空气中的甲醛[J].上海环境科学，2006，27（9）：1814-1819.

[8]陈丽琼，李荣先.掺银纳米TiO2内墙涂料的制备及性能研究[J].新型建筑材料，2007，6：60-62.

[9]吴健春.纳米TiO2改性内墙乳胶漆的抗菌性能及其甲醛降解研究[J].钢铁钒钛，2005，26（4）：17-21.

（作者单位：福建工程学院生态环境与城市建设学院）