具有光催化空气净化功能的铝网研制

单兴刚 陈一锋

（1．浙江和谐光催化科技有限公司，浙江 绍兴312000；2．上海万铭环保科技股份有限公司，上海201600）

目前，室内甲醛污染普遍存在，严重危害人体健康。纳米光催化空气净化技术因其在室温下能将甲醛彻底分解消除，且使用的光催化剂性能稳定，能耗低，无二次污染等突出优点成为了最有发展前景的室内空气治理技术。其中以n 型半导体TiO2光催化剂具有反应条件温和，能耗低，可以在常温常压下氧化分解污染物优点。

本文利用铝网作为光催化剂的载体，铝网有足够的机械强度、良好的化学稳定性、较大的表面积和较低的流体阻力[1]。膨胀系数比TiO2膜大，容易在温差变化时脱落。故需要添加一定量的粘合剂确保TiO2 薄膜与铝网紧密结合[2][3]。本研究利用XRD分析薄膜表面特性，以甲醛为模拟污染物评价所制备铝网的光催化性能，本研究结果对光催化铝网的应用具有指导意义。

1 试验

铝网表面处理：清洗用的水为经沉降处理自来水，铝网先经过自来水，4%表面活性剂的乙醇水溶液分别清洗，再放入1%的硝酸和3%的磷酸（体积比为1:2）混合液中浸泡1h，用自来水超声清洗15min，在100℃下烘干，备用。

取一定量钛酸四丁酯溶解于乙醇溶液中，在含有一定量双氧水的去离子水中，强烈搅拌下滴加一定量钛溶液，持续搅拌至均匀半透明的二氧化钛水胶体，即为具有一定粘度的光催化前驱溶胶。

取一定量的胶体，利用喷枪将溶胶喷在处理过的铝网上。前躯体薄膜在100℃下干燥后，再于空气气氛中进行200℃的热处理15 min，通过喷涂和焙烧的次数来控制薄膜的厚度。为了保证薄膜的均匀性和不脱落，将升温速率控制在5℃/min左右。

甲醛降解的性能在1m3密封玻璃实验舱进行评价。检测步骤参照浙江和谐光催化科技有限公司的《光催化铝网测试方法》企标中的规定进行。实验用紫外灯为25W 低压汞灯，波长254nm。

取0.2mL甲醛溶液于电加热板上，关闭舱门，打开风扇和电加热开关，约30min 后检测仪中甲醛气体浓度稳定后记录甲醛初始浓度，开启紫外灯，每15 min 记录甲醛检测仪上的数据。为消除甲醛自然降解以及吸附的影响，空白试验也在同一评价舱中进行。

2 结果与讨论

图1 TiO2光催化剂的XRD图

图1 为TiO2溶胶经历与铝网相同经历（干燥和热处理）后XRD 图谱，从图2 不难发现，最终得到的晶相是锐钛矿型TiO2,而且结晶度较高，没有其它杂质晶相存在。据此，预计光催化铝网有较好的活性。

图2 TiO2薄膜喷涂次数对光催化性能的影响

图2为不同层数光催化薄膜对甲醛降解曲线。原始铝网无光催化活性。随层数的增加，对甲醛的降解率增加。喷涂薄膜达到3次，反应活性达到最高。喷涂次数继续增加，光催化效率反而下降。这是由于喷涂薄膜第一次时，薄膜上负载的二氧化钛颗粒较少。随着喷涂次数的增加，载体上光催化剂负载量增加，光催化性能逐渐提高。增加喷涂次数虽可增大膜厚，堆积在表面的二氧化钛粉粒挡住了内部粉粒接受紫外光，使得催化效率降低。此外，增加薄膜厚度会导致晶粒长大继而减小比表面积。同时由于薄膜厚度增加，团聚的大颗粒二氧化钛容易脱落，导致光催化效率降低。

甲醛的降解率随时间的延长在60min 时能达到78.4%，120min 甲醛降解率为92.16%。随着光催化反应的进行，甲醛浓度梯度减小，甲醛的光催化降解为表观一级动力学反应，随着浓度降低，其应速度降低。表现在图4中，开始时曲线较陡，随着时间推移，曲线逐渐平缓。

图3 时间对光催化性能的影响

3 结语

文章通过溶胶-凝胶法制备的二氧化钛溶胶涂覆铝网上形成的TiO2涂层具有降解甲醛的高活性。而且涂层均匀，结合牢固。光催化铝网在2h内对其催化降解率可达92.16%。通过考察了喷涂薄膜次数对光催化铝网降解甲醛性能的影响，总结出了最佳制作参数。