摘要：用溶膠凝膠法研制了負(fù)載TiO2的在泡沫鎳催化劑。采用XRD、SEM、比表面分析儀對樣品進行了表征，該催化劑在550℃焙燒時TiO2晶型呈銳鈦礦和金紅石混合晶型；考察了催化劑在254nm和185nm紫外光照射下甲苯的去除效果。實驗結(jié)果表明，在真空紫外線(VUV)下甲苯的轉(zhuǎn)化率更高；且相對濕度對甲苯的轉(zhuǎn)化率有較大影響，隨著相對濕度的提高，甲苯的轉(zhuǎn)化率可以提高至96%以上。
　　關(guān)鍵詞：二氧化鈦，泡沫鎳網(wǎng)，光催化，真空紫外
　　室內(nèi)建筑中空氣污染已經(jīng)受到越來越大的關(guān)注。甲苯等室內(nèi)裝修和家具中排放的一類典型的芳香烴致癌物。光催化是一種凈化去除甲苯的有效方法之一，近來國內(nèi)外已進行了廣泛的研究。譬如，在可見光范圍內(nèi)的光催化，希望最大限度的利用天然的太陽光，人們通過各種方式對TiO2進行改性，縮小其禁帶寬度，從而引起吸收帶的紅移[1-4]。
　　然而光催化技術(shù)效能比較低，尤其在高濃度大流量污染物條件下，光催化技術(shù)較難推廣應(yīng)用[5]。Nishimoto等[6]以WO3為催化劑，采用可見光與臭氧聯(lián)用技術(shù)很好的實現(xiàn)了溶液中苯酚的去除。Zhang[7]等研究發(fā)現(xiàn)，在臭氧存在條件下對污染物的去除可以得到很大的提升。近年來，在真空紫外下的催化研究較少。本文研制了負(fù)載TiO2的泡沫鎳催化劑，并考察了在真空紫外線下不同波段的紫外光對氣相甲苯的去除效果，并重點考察了氣流中水蒸氣對甲苯轉(zhuǎn)化率的影響。
　　1.試樣制備與試驗方法
　　1.1 實驗試劑
　　試劑：泡沫鎳（110目，深圳市瀚博環(huán)保器材有限公司），正鈦酸四丁酯（化學(xué)純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司），無水乙醇（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠），硼酸（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠），硝酸（分析純，西隴化工股份有限公司），硫代硫酸鈉（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠），碘化鉀（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠）。
　　1.2 催化材料制備
　　將泡沫鎳裁剪成2.5cm×10cm尺寸，于無水乙醇中超聲洗滌30min以洗去泡沫鎳加工生產(chǎn)過程中可能沾上的油污，去離子水洗凈后烘干，然后置于馬弗爐中干空氣氣氛下550℃焙燒氧化30min，冷卻后取出備用。然后，量取50ml正鈦酸四丁酯溶于50ml無水乙醇中得到溶液A；將1.5ml去離子水、265μl硝酸溶于50ml無水乙醇中得到溶液B；攪拌條件下，將B溶液緩慢滴加至A溶液中，繼續(xù)攪拌2h得到所需穩(wěn)定的TiO2溶膠液備用。
　　采用浸漬提拉法，將處理好的泡沫鎳浸漬在TiO2溶膠液，然后緩慢提拉，濾去多余的溶膠，35℃鼓風(fēng)干燥2h。重復(fù)上述操作涂膜3次后，將涂膜后的泡沫鎳置于馬弗爐中，以10℃/min的速率升溫至120℃，氮氣氣氛下恒溫2h，再以10℃/min的速率干空氣氣氛下升溫至550℃，恒溫焙燒2h，冷卻后得到所需催化劑。
　　1.3 光催化活性評價
　　整個光催化反應(yīng)系統(tǒng)由配氣系統(tǒng)、反應(yīng)管和檢測器三部分組成。配氣系統(tǒng)以干空氣為氣源，由質(zhì)量流量控制器控制氣流大小，通過冰水浴鼓泡產(chǎn)生一定量穩(wěn)定的，具有一定濃度和相對濕度的甲苯氣體。反應(yīng)管為長30cm，內(nèi)徑6cm的石英管，通過在入口處設(shè)置氣流分布器，使氣體在反應(yīng)管內(nèi)可以均勻的分布流過，反應(yīng)管內(nèi)按需要安裝185nm紫外燈或254nm紫外燈，評價過程使用兩片負(fù)載過的泡沫鎳網(wǎng)。檢測器部分由兩臺色譜組成，其中GC-2010配備氫火焰離子檢測器（FID）用于檢測甲苯。
　　2. 實驗結(jié)果與討論
　　2.1 晶型與形貌分析
　　圖1給出了負(fù)載在泡沫鎳網(wǎng)上的TiO2X-射線（XRD）衍射圖，可以看出，經(jīng)過550℃焙燒后，泡沫鎳網(wǎng)上的TiO2粉末樣品為銳鈦礦和金紅石的混合相。
　　
　　
　　圖2給出了負(fù)載TiO2催化劑的SEM照片圖，可以看出負(fù)載TiO2后的鎳網(wǎng)依舊有著很好的孔隙，這利于氣流在鎳網(wǎng)表面的擴散與穿透。在氣流穿過鎳網(wǎng)表面時可以與催化劑充分的接觸與反應(yīng)。
　　
　　2.2催化劑真空紫外線下光催化性能
　　圖3為不同波長紫外線下甲苯的去除效果。可以看出，在2.5L/min的流量條件下，波長為185nm的真空紫外光比波長為254nm紫外光，在催化劑的作用下，具有更高的甲苯轉(zhuǎn)化能力。因為含甲苯氣流中氧氣和水蒸氣在185nm的紫外光照射下，不僅可以直接分解某些甲苯分子，還能由O2生成O3，由H2O生成•OH，從而生成更大量的O3和•OH等強氧化性物質(zhì)，其反應(yīng)過程如下[8]：。
　　
　　圖4為不同相對濕度下，甲苯VUV+TiO2的去除效果。從圖中可以看出，隨著相對濕度的增加，甲苯的轉(zhuǎn)化率逐漸增高。這是因為隨著濕度的不斷增大，水分子數(shù)目不斷增多，由反應(yīng)式（1）、（2）、（3）可知生成的量也會不斷增多，該條件下，甲苯的轉(zhuǎn)化能力也就逐漸增強。在本反應(yīng)中，100%相對濕度下的甲苯轉(zhuǎn)化率最高。
　　3. 結(jié)論
　　在真空紫外線下，低濃度的甲苯氣體更容易被氧化去除；含甲苯污染氣流中相對濕度對甲苯的轉(zhuǎn)化都有很大影響。隨著相對濕度增大，甲苯的轉(zhuǎn)化率逐漸提高，在室溫條件下甲苯的轉(zhuǎn)化率可達70%，表明該法具有很好低溫去除空氣中甲苯的效果。
　　參考文獻
　　[1]AsahiR,MorikawaT,OhwakiI,etal.Science,2001
　　[2]MichaelHB,StefanPP,TangJ,etal.Angew.Chem.Int.Ed.,2004
　　[3]張萬忠，劉景民，周智敏，納米TiO2的研究與應(yīng)用進展，石油化工，2007