钛酸钠纳米管降解甲醛的性能研究

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摘要：利用钛酸钠纳米管对甲醛进行光催化降解。研究了光照时间、稀释倍数、Ｈ２Ｏ２浓度等对甲醛降解率的影响。结果表明，甲醛的降解率随光照时间的增加而增加，降解曲线初始时段变化平缓，后来升高较快。甲醛溶液稀释１ ０００倍、Ｈ２Ｏ２浓度为６６ ｍｇ／Ｌ时，甲醛的降解率最高。

关键词：钛酸钠纳米管；光催化；甲醛降解

中图分类号：Ｏ６１４．４１；Ｏ６５７．３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）17－3729-03

Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｂｙ Ｓｏｄｉｕｍ Ｔｉｔａｎａｔｅ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ

ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｍｅｉ，ＫＯＮＧ Ｄｅ－ｇｕｏ，ＬＩ Ｘｉａｏ－ｑｉｎ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔａｒｉｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ａｌａｒ ８４３３００， Ｘｉｎｊｉａｎｇ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｏｄｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｌｌｙ ｄｅｇｒａｄａｔｅ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｖｅ ｔｉｍｅ， ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ２Ｏ２ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ degradation ｃｕｒｖｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｓｌｏｗｌｙ ａｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｖａｌ， ａｎｄ ｔｈｅｎ enlarged ｑｕｉｃｋｌｙ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｉｌｕｔｉｏｎ time ｏｆ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｗａｓ １ ０００ ａｎｄ Ｈ２Ｏ２ concentration ｗａｓ ６６ ｍｇ／Ｌ， ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｏｄｉｕｍ ｔｉｔａｎａｔｅ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ； ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ； ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ

近年来，甲醛已经成为室内污染的主要原因之一，并且，由于现代纺织工业的发展，导致水体被甲醛污染的现象越来越严重，因此，如何快速便捷地减少或清除甲醛污染已成为刻不容缓的问题。甲醛的处理方法主要有以下几种［１］：吸附法、过滤法和催化氧化法。在甲醛的众多处理方法中，最主要的是应用ＴｉＯ２催化剂对其进行光催化降解。因为该方法能将甲醛彻底氧化成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，能耗低、无二次污染，因此在环境净化方面前景广阔［２，３］。但是到目前为止，ＴｉＯ２光催化氧化技术并未在环境治理中得到广泛应用，主要在于催化剂的活性和寿命不能完全满足实际需求，亟待进一步提高。ＴｉＯ２纳米颗粒的缺点在于它只能将与自身接触的有机物降解，而对游离的有机物基本没有效果，因此，如何增加甲醛与ＴｉＯ２纳米材料的接触面积就成为光催化反应的关键。由于钛酸钠纳米管具有特殊的结构形态、大比表面积等优点有利于表面电子－空穴对的传输［４－８］，同时还增加了与甲醛的接触几率，因此在环境净化方面具有极大的潜力。但是应用钛酸钠纳米管对甲醛进行降解的研究报道很少。鉴于此，本研究首先采用水热法制备钛酸钠纳米管，然后利用分光光度法测定其对甲醛的光催化降解效果，以便为环境净化提供科学的理论依据。

１ 材料与方法

１．１ 药品和仪器

氢氧化钠、锐钛矿型ＴｉＯ２纳米颗粒、乙酰丙酮、醋酸铵、３７％甲醛溶液等（均为分析纯），蒸馏水。７２１型紫外－可见分光光度计等。

１．２ 钛酸钠纳米管的制备

钛酸钠纳米管的制备参照文献［９］进行。

１．３ 甲醛标准曲线的绘制

配制浓度分别为２．１６６、１．０８３、０．７２２、０．５４１、０．３６１ ｍｇ／ｍＬ的甲醛溶液各５０ ｍＬ，用乙酰丙酮－醋酸铵显色液将甲醛溶液显色，用分光光度法测甲醛的吸光度，绘制吸光度随甲醛浓度变化的曲线。

１．４ 光照时间对甲醛降解率的影响

将０．０４８ ｇ钛酸钠纳米管超声分散到５０ ｍＬ稀释１ ０００倍的甲醛溶液中，在紫外光照射下，每３０ ｍｉｎ离心１次，采用分光光度法测定甲醛的浓度。甲醛的降解率用下式计算：

甲醛降解率＝（初始浓度－最终浓度）／初始浓度×１００％ （１）

１．５ Ｈ２Ｏ２浓度对甲醛降解率的影响

将５份５０ ｍＬ稀释１ ０００倍的甲醛溶液分别配制成Ｈ２Ｏ２浓度为６６、１３２、１９８、２５４、３３０ ｍｇ／Ｌ的溶液，然后把０．０２３ ｇ钛酸钠纳米管超声分散到上述５份溶液中。紫外光照射１．５ ｈ后离心分离，采用“１．４”的方法测定甲醛的降解率。

１．６ 甲醛稀释倍数对降解率的影响

将０．０５ ｇ钛酸钠纳米管超声分散到５０ ｍＬ稀释倍数分别为５００、１ ０００、１ ５００、２ ０００、２ ５００的甲醛溶液中，紫外光照射２ ｈ后离心分离，采用“１．４”的方法测定甲醛降解率。

２ 结果与分析

２．１ 确定测定甲醛浓度的波长

图１为乙酰丙酮－醋酸铵显色液（ａ）与含甲醛的乙酰丙酮－醋酸铵显色液（ｂ）分光光度计扫描图谱。由图１可见，甲醛与显色液显色后生成的二乙酰基二氢二甲基吡啶于波长４１３ ｎｍ处有最大吸收，而单一的显色液在波长４１３ ｎｍ处没有吸收，因此，测定甲醛浓度时波长设为４１３ ｎｍ。