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能够持久去除甲醛、净化空气的环保材料——郑水林教授带您全方位了解TiO2/硅藻土复合材料
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-09-09 10:26:44    浏览次数:
 
     
导读
       没有壁纸华丽,也不比乳胶漆简单,但它却以独特的风貌迅速扩展市场,它就是近年来被人们追捧的健康环保内墙装修装饰建材——硅藻泥。但是,单纯的
硅藻泥本身只有吸附甲醛等有机污染物,没有将这些污染物分解或降解功能。仅靠硅藻土或硅藻泥的吸附功能很难持续确保室内空气质量达标。 

    由中国矿业大学(北京)研发、吉林省临江市宝健纳米复合材料有限公司实施产业化的新型纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料就能弥补单纯硅藻泥的缺陷。硅藻土本身可以吸附甲醛等有害气体,而“纳米TiO2光催化活性组分”在可见光之下,可以将这些有害物进行分解,从而持续消除室内甲醛等有害物质。

中国矿业大学(北京)郑水林教授
    郑水林教授1987年开始从事硅藻土矿选矿提纯研究; 2002年至今他带领科研团队在国家“十二五”科技支撑计划重点项目课题经费、吉林省科技创新基金、教育部高等院校基本科研业务费以及合作企业的大力支持下,围绕吉林省白山地区的硅藻土资源持续开展选矿提纯以及纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料(室内空气净化材料)、废水处理材料、功能填料、调湿材料、相变储能材料等硅藻功能材料制备与应用研究。
       近日,中国粉体技术网小编专门采访了长期潜心研究硅藻土资源综合利用以及硅藻矿物材料的中国矿业大学(北京)郑水林教授,带您全方位了解纳米TiO2/硅藻土复合材料。

1、纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料与传统的二氧化钛技术或氧化锌技术相比有什么区别?
   郑水林教授:
“纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料”是采用先进技术将10~20纳米的二氧化钛粒子均匀负载或组装在硅藻颗粒表面的新型环保功能材料。从材料结构和性能来讲,它既保留了硅藻土的孔结构特性,又复合了锐钛型的纳米TiO2组分。这种结构和组成特性使其既具有对有机污染物的吸附捕捉功能,又具有光催化降解或分解功能,而且硅藻土是微米级颗粒,负载固定在硅藻颗粒表面的纳米TiO2粒子既不能团聚,也不能飞扬,使用方便和安全;而纯(或所谓传统)的锐钛型纳米二氧化钛或光触媒,由于不具备硅藻结构,对有机污染物的吸附捕捉能力较弱,而且因为颗粒极细小,容易团聚和飞扬,使用也不方便。
郑水林教授在实验室
    简而言之, 纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料不仅具有传统纳米TiO2或光触媒的优良光催化性能及其它性能(如抗菌、抗紫外线、自清洁),而且具有优良的吸附捕捉性能,使用也更加方便和安全。
    纳米氧化锌是一种N型半导体材料,它的禁带宽度为3.37eV,比锐钛型纳米TiO2(3.2 eV)大。它对280~400nm范围内紫外线的吸收能力较强,具有抗紫外和抗菌、杀菌以及提高材料耐候性等功能。纳米氧化锌也具有光催化功能,但其光催化性能不如纳米TiO2,应用也不如纳米TiO2广泛。


2纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料去除甲醛的机理是什么?
    郑水林教授:
甲醛在纳米TiO2/硅藻土复合材料表面降解分为两个过程,一是甲醛分子在复合材料表面吸附,二是吸附在复合材料表面的甲醛分子在光照下被光活性物质TiO2降解。
    当能量超过TiO2禁带宽度的光子照射在纳米TiO2/硅藻土复合材料表面时,处于TiO2价带的电子就会被激发到导带上,从而分别在价带和导带上产生高活性自由移动的光生电子和空穴。由于复合材料表面负载的TiO2是纳米级粒子,故光激发产生的电子和空穴可以很快从体内迁移到表面,空穴是强氧化剂,可以将吸附在TiO2表面的羟基和水氧化为·OH;而导带电子是强还原剂,被吸附在TiO2表面的溶解氧俘获而形成·O2;部分·O2可继续通过链式反应生成·OH
    生成的·OH·O2具有较强的氧化性,据文献记载,TiO2光催化反应生成的·OH自由基具有402.8MJ/mol的反应能,高于有机化合物中各类化学键能,如:C-C(83)、C-H(99)、C-N(73)、C-O(80)、N-H(93)、H-O(111)等,故生成的·OH·O2可攻击甲醛的C-H键,与其活泼H原子产生新自由基,激发链式反应,最终使甲醛分解为无害物质。
    纳米TiO2/硅藻土光催化降解甲醛气体时,活性·OH·O2共同起氧化作用,先将甲醛氧化为甲酸,最终分解为水和二氧化碳。
 

3、纳米TiO2/硅藻土复合材料的应用特点有哪些?
    郑水林教授:(1)长效性;甲醛污染物的突出特点是长期挥发。家居建材中,甲醛的挥发或释放期长达10多年,因此针对甲醛长期持久挥发的特点,要使用具有可持续降解功能的长效材料。
    纳米TiO2/硅藻土复合材料中,硅藻土负责吸附甲醛,TiO2负责光催化分解(将甲醛分解成水和二氧化碳)。即边吸附边分解,再吸附再分解,持续地去除甲醛(即使在没有光照的环境下,如夜间,它也能吸附甲醛,等到有光照时再对吸附的甲醛进行分解)。
    虽然硅藻土的吸附有可能饱和,但由于吸附捕捉的甲醛经纳米TiO2光催化分解为二氧化碳和水后,吸附位置腾出,又可以重新吸附。如果将硅藻土比作我们人类的进食系统,纳米TiO2就是消化系统,由于具有消化功能,我们吃饱后,经过一定时间消化后,又能(或需要)继续进食。这样,边吸附,边分解,达到长效去除甲醛的效果。
    而且,这种复合材料除甲醛外,对室内一些其他的有害气体,如甲苯、苯等也有长效去除效果。
   (2)高效性;经国家权威机构检测,纳米TiO2/硅藻土复合材料在日光灯照射下,48小时对室内甲醛气体的去除率高达80%以上,可持续降解效率达到65%以上。


4、纳米TiO2/硅藻土复合材料可以应用在哪些产品中?
纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料
    郑水林教授:纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料是粉末状产品,可广泛用于硅藻泥、木制百叶窗、室内涂料、地板、墙纸,瓷砖、窗帘等室内装修或装饰材料及汽车内饰材料中。一般是用于表面涂层,如硅藻泥是加入面层材料中,木制百叶窗加入印刷漆中,涂料加入其中进行均匀分散。至于具体的应用配方与工艺等属于企业的技术机密,有些还属于专利。
    纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料可以直接加入水性涂料中进行分散;用于油性涂料,少量可以直接加入、分散均匀后使用,加入量大时可能还需要预先进行表面处理。
 

5、纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料的产业化情况如何?
    郑水林教授:纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料专利技术和硅藻土原料选矿提纯专利技术已实现产业化应用(已在临江市宝健纳米复合材料科技有限公司建成投产了年产1000吨纳米TiO2/硅藻土复合材料生产线,在临江北峰硅藻土有限公司建成投产了年产12000吨硅藻精土生产线),产品已经在硅藻泥中得到应用。
    其中,纳米TiO2/硅藻土复合材料生产线是目前世界上唯一的一条高性能吸附与光催化功能复合材料生产线,产品已经在兰舍、绿森林等大品牌硅藻泥以及木制百叶窗帘、水性涂料等中商业化应用。这种复合环保功能材料不仅在硅藻泥,水性涂料,木制百叶窗帘,而且在其他内墙涂料和装饰装修材料(壁纸、木地板、家具漆、无纺布等)以及汽车内饰材料均具有良好的应用前景和巨大的市场空间。

结束语:

       随着经济快速发展和人们生活水平的不断提升,大家对于拥有一个健康、安全、舒适的生活环境的要求越来越迫切。纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料作为一种新型的环保材料,在去除甲醛等污染物方面有着其他材料不能比拟的优异性能,我们相信,在不久的将来,纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料将有着非常广阔的应用空间和市场前景!

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