ag掺杂tio2光催化降解室内空气污染物的研究

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Ag掺杂TiO2光催化降解室内空气污染物的研究洪雪华（福建博海工程技术有限公司，福建󰀃福州󰀃350012）

摘 要：文章简要介绍了TiO2光催化降解有机物的反应原理，并通过试验成功制备了Ag/TiO2纳米粒子。通过分析TiO2和Ag/TiO2的紫外-可见漫反射光谱可知，Ag/TiO2光谱响应范围由紫外光区向可见光区域拓展，吸收光能力强，产生的电子-空穴对多，能提高光催化效率。将Ag/TiO2喷涂在室内墙壁及顶板，用于光催化降解室内空气污染物。结果表明，经过光照处理，室内空气污染物浓度能大大降低，达到室内空气质量标准。关键词：TiO2；银掺杂；光催化降解中图分类号：X51 󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃锐钛型TiO2具有良好的光催化活性，作为一种环境净化技术，其通过化学氧化的方法，能将有机污染物分解为H2O、CO2及无毒无害的无机酸，且化学性质稳定，因而备受关注。但单纯的TiO2其禁带宽带为3.2eV，跃迁能量对应于太阳光中的紫外光部分，光源利用率不高且光生电子和空穴容易复合，导致光量子效率低。通过改性，如金属掺杂、染料敏化、表面修饰等方式，可有效提高TiO2在可见光范围内的光吸收，从而达到提高催化性能的目的。

1 TiO2光催化原理

TiO2是一种n型半导体，其光催化原理可用半导体

能带理论来阐述。当用能量hv大于或等于禁带宽度Eg的光源照射半导体材料时，其价带上的电子被激发，跃迁到导带中，同时在价带上产生相应的空穴，即形成一个电子-空穴对。光成空穴电势较高，具有极强的氧化性，而电子则具有强的还原性。在电场的作用下，电子和空穴持续分离，迁移到粒子表面的不同位置，与吸附在TiO2表面的物质发生反应。空穴与OH-或者H2O发生作用，产生更高活性的·OH，可以氧化分解各种有机物，原理如图1所示。同时，电子与空气中O2发生分解得到·O2-，也能与有机物发生氧化还原反应。反应式见式（1）～式（3）。

TiO2+hv→h++e- （1）h++H2O→·OH （2）e-+O2→·O2- （3）

图1 光催化反应原理示意图

作者简介：洪雪华（1986—），硕士，工程师，研究方向：纳米材料应用。

󰀃󰀃文章编号：2096-27（2020）02-0009-02

2 实验部分

2.1 TiO2纳米粒子制备

本试验采用溶胶-凝胶法合成纳米TiO2[3]。以Ti（OC4H9）4作为母体在溶胶-凝胶过程中制备TiO2纳米粒子时发生水解和缩聚反应，反应式见式（4）～式（6）。

水解反应：Ti（OC4H9）4+4H2O=Ti（OH）4+4C4H9OH

（4）缩聚反应：Ti（OH）4=TiO2+2H2O （5）总反应：Ti（OC4H9）4+2H2O=TiO2+4C4H9OH （6）根据文献，本实验以无水乙醇作为溶剂，Ti（OC4H9）4 和H2O的摩尔比为1∶2，V（无水乙醇）∶V（Ti（OC4H9）4）=4∶1。在溶胶的制备过程中，添加冰醋酸作为抑制剂，控制Ti（OC4H9）4的水解反应。加入少量的聚乙二醇作为分散剂，防止胶体团聚，通过滴加，调整溶胶的pH值，pH值在2～3所得的胶体较为理想。具体反应过程：将120mL无水乙醇倒入干净烧杯中，磁力搅拌10min，然后将30mLTi（OC4H9）4缓慢加入烧杯中，继续搅拌10min，再将3mL冰醋酸逐滴缓慢滴加到烧杯中，继续搅拌10min。取少许聚乙二醇逐滴滴加到烧杯中，继续搅拌10min，取3.3mL去离子水缓慢滴加到上述溶液中，继续高速搅拌10min。向溶液中滴加，调整pH值在2～3，继续搅拌反应1h，得到淡黄色透明溶胶。将上述淡黄色溶胶陈化2h，然后置于400℃下煅烧3h，得到纳米级TiO2粉末。

2.2 银掺杂TiO2纳米粒子制备

采用硫代硫酸钠作为络合剂，与AgNO3发生络合反应，络合银离子，再与TiO2溶胶混合搅拌制得3%Ag/TiO2淡黄色稳定透明的溶胶。将上述淡黄色溶胶陈化2h，然后置于400℃下煅烧3h，得到纳米级Ag/TiO2粉末。

3 结果与讨论

3.1 纳米TiO2的光谱性能

将一定质量上述纳米TiO2粉末分散在蒸馏水中，同时加入一定质量的聚乙二醇、硅酸乙酯作为分散剂和成膜剂及木质素磺酸钠表面活性剂，高速搅拌，形成均匀稳定的白色乳浊液。

以紫外-可见非吸收硫酸钡作为参比物，对TiO2及Ag/TiO2进行紫外-可见漫反射分析，结果如图2所示。从图中分析可知，Ag/TiO2在紫外光区域的吸收比TiO2更强，光谱响应范围向可见光区域拓展。由此可见，本实验成功将银离子掺杂到TiO2中。掺杂后，两者协同作用，吸收光能力增强，产生的电子-空穴对增多，提高了光催化效率。

·10· | 研究成果 | Research Findings2020年第2期

从表1可知，装修完3个月，室内甲苯、二甲苯、甲醛、TVOC的含量均超标。在喷涂Ag/TiO2溶液后，经过48h的光照处理，有机物的浓度大大降低，均达到室内空气质量标准。结果表明，Ag/TiO2作为光触媒，治理室内空气污染物效果不错。鉴于污染物释放过程是一个持续的过程，需要经过多次处理后，才能达到更好的效果。

4 结束语

通过上述研究表明，Ag/TiO2作为光触媒，在紫外灯的照射下，可以有效降解室内有机污染物，净化室内空气。该Ag/TiO2光触媒无毒、无异味，制备方式简单，可将有机污染物分解为H2O、CO2及无毒无害的无机酸，有望在室内环境污染治理中得以推广应用。

图2 紫外-可见漫反射光谱

3.2 纳米TiO2光催化降解室内空气污染物

参考文献：

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科技大学,2018.[2]张绍原,吴玉霞,郑豪,等.纳米TiO2光催化降解空气中甲

醛的研究[J].浙江建筑,2010,27(6):65-66+69.[3]丁新更.银离子掺杂纳米二氧化钛粉体的制备、性能研究

与应用[D].杭州:浙江大学,2002.[4]白蕊,李巧玲,张巍,等.二氧化钛纳米材料的制备及其光

催化性能研究[J].化工技术与开发,2010,39(11):3-5.[5]GB/T 18883-2002.室内空气治理标准[S].

[6]江俊俊.复合二氧化钛的制备表征及光催化降解甲醛的研

究[D].成都:成都理工大学,2006.[7]杨立程.纳米TiO2光催化降解室内空气中甲醛的影响因素

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业学院学报,2014,17(4):-56.

在福州某小区1#楼602的主卧（简称居室A，装修完成3个月、面积约为20m2）进行光催化降解试验。用喷均匀地将Ag/TiO2溶液喷涂在四周墙壁及顶板。喷涂前，先测定室内污染物浓度（简称光照前）。用紫外灯照射48h后，再测定污染物浓度（简称光照后），结果如表1所示。参照标准：室内空气质量标准（GB/T 18883-2002）

表1 光照前后有机污染物浓度的变化

有机污染物甲苯二甲苯甲醛TVOC

光照前浓度/（mg·m-2）

0.80.550.743.22

光照后浓度/（mg·m-2）

0.060.130.050.44

浓度参照标准/（mg·m-2）

0.200.200.100.60

Photocatalytic Degradation of Indoor Air Pollutants by Ag Doped TiO2

Hong Xuehua

(Fujian Bohai Engineering Technology Co.,Ltd.,Fuzhou,Fujian 350012)

Abstract：The principle of photocatalytic degradation of organic compounds by TiO2 was introduced. Ag/TiO2 nanoparticles were successfully prepared by experiments.Analysis of TiO2 and Ag/According to the UV-vis diffuse reflectance spectrum of TiO2,the spectral response range of Ag/TiO2 is extended from UV region to visible region,the absorption capacity is enhanced,and the electrons produced are.The number of hole pairs increased and the photocatalytic efficiency increased.Ag/TiO2 was used as photocatalyst to degrade indoor air pollutants.The results show that after light treatment,The concentration of indoor air pollutants is greatly reduced to meet the indoor air quality standard.Key Words：TiO2,silver doping,photocatalytic degradation

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