洪雪華

（福建博海工程技術(shù)有限公司，福建 福州 350012）

銳鈦型TiO2具有良好的光催化活性，作為一種環(huán)境凈化技術(shù)，其通過化學氧化的方法，能將有機污染物分解為H2O、CO2及無毒無害的無機酸，且化學性質(zhì)穩(wěn)定，因而備受關(guān)注。但單純的TiO2其禁帶寬帶為3.2eV，躍遷能量對應(yīng)于太陽光中的紫外光部分，光源利用率不高且光生電子和空穴容易復合，導致光量子效率低。通過改性，如金屬摻雜、染料敏化、表面修飾等方式，可有效提高TiO2在可見光范圍內(nèi)的光吸收，從而達到提高催化性能的目的。

1 TiO2 光催化原理

TiO2是一種n 型半導體，其光催化原理可用半導體能帶理論來闡述。當用能量hv 大于或等于禁帶寬度Eg的光源照射半導體材料時，其價帶上的電子被激發(fā)，躍遷到導帶中，同時在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，即形成一個電子-空穴對。光成空穴電勢較高，具有極強的氧化性，而電子則具有強的還原性。在電場的作用下，電子和空穴持續(xù)分離，遷移到粒子表面的不同位置，與吸附在TiO2表面的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)?？昭ㄅcOH-或者H2O 發(fā)生作用，產(chǎn)生更高活性的·OH，可以氧化分解各種有機物，原理如圖1 所示。同時，電子與空氣中O2發(fā)生分解得到·O2-，也能與有機物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)式見式（1）～式（3）。

圖1 光催化反應(yīng)原理示意圖

2 實驗部分

2.1 TiO2 納米粒子制備

本試驗采用溶膠- 凝膠法合成納米TiO2[3]。以Ti（OC4H9）4作為母體在溶膠-凝膠過程中制備TiO2納米粒子時發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，反應(yīng)式見式（4）～式（6）。

根據(jù)文獻，本實驗以無水乙醇作為溶劑，Ti（OC4H9）4和H2O 的摩爾比為1∶2，V（無水乙醇）∶V（Ti（OC4H9）4）=4 ∶1。在溶膠的制備過程中，添加冰醋酸作為抑制劑，控制Ti（OC4H9）4的水解反應(yīng)。加入少量的聚乙二醇作為分散劑，防止膠體團聚，通過滴加硝酸，調(diào)整溶膠的pH 值，pH 值在2 ～3 所得的膠體較為理想。具體反應(yīng)過程：將120mL 無水乙醇倒入干凈燒杯中，磁力攪拌10min，然后將30mLTi（OC4H9）4緩慢加入燒杯中，繼續(xù)攪拌10min，再將3mL 冰醋酸逐滴緩慢滴加到燒杯中，繼續(xù)攪拌10min。取少許聚乙二醇逐滴滴加到燒杯中，繼續(xù)攪拌10min，取3.3mL 去離子水緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)高速攪拌10min。向溶液中滴加硝酸，調(diào)整pH 值在2 ～3，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1h，得到淡黃色透明溶膠。將上述淡黃色溶膠陳化2h，然后置于400℃下煅燒3h，得到納米級TiO2粉末。

2.2 銀摻雜TiO2 納米粒子制備

采用硫代硫酸鈉作為絡(luò)合劑，與AgNO3發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，絡(luò)合銀離子，再與TiO2溶膠混合攪拌制得3%Ag/TiO2淡黃色穩(wěn)定透明的溶膠。將上述淡黃色溶膠陳化2h，然后置于400℃下煅燒3h，得到納米級Ag/TiO2粉末。

3 結(jié)果與討論

3.1 納米TiO2 的光譜性能

將一定質(zhì)量上述納米TiO2粉末分散在蒸餾水中，同時加入一定質(zhì)量的聚乙二醇、硅酸乙酯作為分散劑和成膜劑及木質(zhì)素磺酸鈉表面活性劑，高速攪拌，形成均勻穩(wěn)定的白色乳濁液。

以紫外-可見非吸收硫酸鋇作為參比物，對TiO2及Ag/TiO2進行紫外-可見漫反射分析，結(jié)果如圖2 所示。從圖中分析可知，Ag/TiO2在紫外光區(qū)域的吸收比TiO2更強，光譜響應(yīng)范圍向可見光區(qū)域拓展。由此可見，本實驗成功將銀離子摻雜到TiO2中。摻雜后，兩者協(xié)同作用，吸收光能力增強，產(chǎn)生的電子-空穴對增多，提高了光催化效率。

圖2 紫外-可見漫反射光譜

3.2 納米TiO2 光催化降解室內(nèi)空氣污染物

在福州某小區(qū)1#樓602 的主臥（簡稱居室A，裝修完成3 個月、面積約為20m2）進行光催化降解試驗。用噴槍均勻地將Ag/TiO2溶液噴涂在四周墻壁及頂板。噴涂前，先測定室內(nèi)污染物濃度（簡稱光照前）。用紫外燈照射48h 后，再測定污染物濃度（簡稱光照后），結(jié)果如表1 所示。參照標準：室內(nèi)空氣質(zhì)量標準（GB/T 18883-2002）

表1 光照前后有機污染物濃度的變化

從表1 可知，裝修完3 個月，室內(nèi)甲苯、二甲苯、甲醛、TVOC 的含量均超標。在噴涂Ag/TiO2溶液后，經(jīng)過48h的光照處理，有機物的濃度大大降低，均達到室內(nèi)空氣質(zhì)量標準。結(jié)果表明，Ag/TiO2作為光觸媒，治理室內(nèi)空氣污染物效果不錯。鑒于污染物釋放過程是一個持續(xù)的過程，需要經(jīng)過多次處理后，才能達到更好的效果。

4 結(jié)束語

通過上述研究表明，Ag/TiO2作為光觸媒，在紫外燈的照射下，可以有效降解室內(nèi)有機污染物，凈化室內(nèi)空氣。該Ag/TiO2光觸媒無毒、無異味，制備方式簡單，可將有機污染物分解為H2O、CO2及無毒無害的無機酸，有望在室內(nèi)環(huán)境污染治理中得以推廣應(yīng)用。