Fe_3_TiO_2改性竹炭催化降解甲醛_张文标

收稿日期： 2011 － 08 － 30； 修回日期： 2011 － 10 － 20。 基金项目： 国家科技部农业科技成果转化项目（ 2010GB2C200175） ； 浙江省科技厅重大专项（ 2006C13052） 。 * 徐一飞、张杨洋、闫国祺、章敏为本试验做了部分工作，特此致谢。
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林业科学
1. 2. 1 单因素试验 1） 不同负载层数： 固定 Fe3 +
（ School of Engineering，Zhejiang A＆F University Lin'an 311300 ）
Abstract： In this study，bamboo charcoal was modified with Fe3 + / TiO2 through percolation and high-temperature roasting treatments，and the final product was characterized by SEM and XRD． In the above-mentioned process，bamboo charcoal powder was used as carrier，and TiO2 sol was prepared by a sol-gel method and then intermingled with Fe3 + ． Both a single factor test and an orthogonal experiment were applied in the investigation to explore the effects of the baking temperature，the Fe3 + content and the number of loading layers on the removal rate of formaldehyde． Based on the data analysis，an optimum process of Fe3 + / TiO2 modified bamboo charcoal was then determined． The results showed that bamboo charcoal，TiO2 sol and Fe3 + can be well compounded according to SEM observation and XRD analysis． Among the three chosen factors，baking temperature had the most significant effect on the formaldehyde removal rate． The optimal preparation parameters for the modified bamboo charcoal were as follows： the baking temperature was 450 ℃ ，the number of load layers were 2，and the Fe3 + content was 1% to achieve the highest formaldehyde removal rate of 61% ． This rate is higher than those of bamboo charcoal itself，and modified bamboo charcoal with TiO2 only，which indicates that bamboo charcoal，Fe3 + and TiO2 have a synergistic reaction driving the degradation of formaldehyde． Key words： bamboo charcoal； TiO2 ； Fe3 + ； sol-gel method； formaldehyde
甲醛发生器： 用试管盛装一定量的甲醛溶液在 电热套中加 热 产 生 蒸 汽 （ 由 橡 皮 管 导 入 玻 璃 箱，严 格控制蒸发温度和 时 间，使 玻 璃 箱 内 甲 醛 达 到 一 定 浓度） 。
自制玻璃箱： 自制 1 m3 的玻璃箱作为试验空 间，模 拟 室 内 环 境。 在 玻 璃 箱 右 侧 离 底 部 20 cm 处 开 2 个小孔，分别 用 橡 皮 管 接 入 甲 醛 发 生 器 和 采 样 设备。在箱子正面中间开 40 cm × 40 cm 口并安装 一 扇 滑 动 门 ，箱 内 放 一 小 型 风 扇 ，顶 部 安 置 一 个 功 率 30 W 的紫外灯。试验装置示意如图 1 所示。 1. 2 Fe3 + / TiO2 改性竹炭制备工艺
改性竹炭，并用 SEM 和 XRD 进行表征。采用单因素和正交 组 合 试 验 探 究 焙 烧 温 度 、Fe3 + 掺 杂 量、负 载 层 数 三 因 子
对改性竹炭去除甲醛效果的影响，从而确定制备 Fe3 + / TiO2 改性竹炭的最优工艺。从 SEM 和 XRD 图 谱 表 征 可 知，
竹炭、TiO2 溶胶和 Fe3 + 三者之间 能 够 较 好 地 复 合 在 一 起。 三 因 子 中 焙 烧 温 度 因 子 最 为 显 著 ，其 次43; 掺杂量。制备 Fe3 + / TiO2 改性竹炭最佳工艺参数为焙烧温度 450 ℃ 、负载层数 2 层、Fe3 + 掺杂量 1% ，其对甲醛
的去除率达到 61% ，均高于单一竹炭或 TiO2 / 竹炭复合对甲醛的去除率，表明三者复合具有协同促进作用。
关键词： 竹炭； TiO2 ； Fe3 + ； 溶胶 － 凝胶法； 甲醛
甲醛是室内空 气 最 主 要 的 污 染 物 之 一，室 内 装 饰 装 修 中 常 用 的 胶 合 板 、细 木 工 板 、中 密 度 纤 维 板 等 木质人造 板 中 存 在 残 留 的 和 未 参 与 反 应 的 游 离 甲 醛 ，在 一 定 的 温 湿 度 环 境 条 件 下 会 逐 渐 向 室 内 释 放 ， 极易对人体健康造成危害。当空气中甲醛含量达到 30 mg·m － 3 时可致人死 亡，且 甲 醛 释 放 周 期 长，一 般 为 3 ～ 15 年，是一种潜在致癌物（ 朱迪迪等，2010） 。
试验前称取 1 kg 上述备用竹炭，经 去 离 子 水 洗 涤数遍后过滤 于 恒 温 鼓 风 干 燥 箱 中，200 ℃ 下 焙 烧 2 h。将竹炭按质量比 1 ∶ 4 与 去 离 子 水 混 合，微 波 加 热 10 min，过滤后于马弗炉 中 400 ℃ 下 焙 烧 2 h，放 置待用（ Li et al．，2008） 。在 60 mL 无水乙醇中加入 1 mL水，用硝酸调节 pH 值至 2 ～ 3，按要求加入适量 硝酸铁，在磁力搅拌 器 强 烈 搅 拌 下 将 12 mL 钛 酸 四
1 材料与方法
1. 1 材料 1. 1. 1 试验材料与主要试剂 竹炭： 自 制，灰 分 含 量 2. 3% ， 固 定 碳 含 量 88. 6% ， 比 表 面 积 377. 6 m2·g － 1 ，粉碎后过 200 目筛备用。
主要试剂： 无 水 乙 醇、九 水 硝 酸 铁、甲 醛、钛 酸 四 丁 酯 、硝 酸 、去 离 子 水 、甲 苯 、氨 、钛 酸 四 丁 酯 、氢 氧 化 钠 、碘 、碘 酸 钾 、碘 化 钾 、乙 酰 丙 酮 溶 液 、淀 粉 、乙 酸 铵、盐酸 溶 液、冰 乙 酸、乙 酰 丙 酮、碘 溶 液、碘 化 钾 溶 液 、碘 酸 钾 溶 液 ，均 为 分 析 纯 。 1. 1. 2 主要仪器 扫描电子显微镜（ SEM） 、X 射线 衍射 仪 （ XRD） 、微 波 炉、恒 温 鼓 风 干 燥 箱、水 浴 锅、 分析天平、磁力搅 拌 器、紫 外 分 光 光 度 计、大 气 采 样 器（ 流 量 0 ～ 1 L·min － 1 ） 、多 孔 筛 板 吸 收 管、具 塞 比 色管 25 mL、马弗炉、小型风扇等。
中图分类号： S781. 7
文献标识码： A
文章编号： 1001 － 7488（ 2012） 04 － 0113 － 06
Catalytic Degradation of Formaldehyde with Fe3 + / TiO2 Modified Bamboo Charcoal
Zhang Wenbiao
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影响，负 载 3 次 较 佳； 黄 正 宏 等 （ 2004 ） 和 Kim 等 （ 2008） 系统总结了复合光催化剂的各种制备方法， 指出炭与 TiO2 的 复 合 呈 现 多 样 化 的 特 征。 但 目 前 为 止 ，这 方 面 的 技 术 并 未 在 实 践 中 广 泛 应 用 ，主 要 原 因在于光催化剂 TiO2 的 活 性 和 寿 命 不 能 完 全 满 足 实际需求。为此，本试验运用 Fe3 + 对 TiO2 进行表面 修饰来提高它的光 催 化 活 性 及 延 长 寿 命，同 时 以 竹 炭为载体，采用溶胶-凝 胶 法 制 备 TiO2 溶 胶，并 掺 杂 Fe3 + ，经 浸 渍 过 滤 和 高 温 焙 烧 制 备 Fe3 + / TiO2 改 性 竹 炭 ，进 行 催 化 降 解 甲 醛 的 试 验 ，增 强 改 性 竹 炭 对 甲 醛的去除率。
竹炭 是 一 种 多 孔 性 物 质，具 有 吸 附 室 内 甲 醛 效 能（ 杨 磊 等，2005； 张 文 标 等，2006； Asada et al．， 2002； 江泽慧，2001 ） ，但 普 遍 存 在 吸 附 饱 和 问 题，
使用一段时间后其 吸 附 活 性 慢 慢 降 低，还 易 出 现 脱 附，造成二次污 染。 如 何 提 高 竹 炭 的 吸 附 效 率 和 使 用 寿 命 ，日 渐 成 为 研 究 的 焦 点 ，许 多 学 者 相 继 开 展 了 利用光触媒 TiO2 和 竹 炭、活 性 炭、活 性 炭 纤 维 等 多 孔材料复合 吸 附 甲 醛 的 研 究。黄 彪 等 （ 2005） 发 现 超临界乙醇条件 下 制 备 的 TiO2 光 催 化 剂 － 活 性 炭 复合材料具有很好 的 光 催 化 活 性 与 吸 附 作 用，而 且 具有的协同效应 优 于 活 性 炭 与 Sc-TiO2 样 品 的 简 单 混合形式； 朱 文 炎 等 （ 2007 ） 利 用 竹 炭 负 载 TiO2 进 行吸附甲醛研究，发现 TiO2 负载 次 数 对 甲 醛 吸 附 有