纳米二氧化钛硅藻土复合光催化材料知识问答

纳米TiO2/硅藻土复合材料相关知识问答1.纳米TiO2/硅藻土复合材料的主要功能是什么？吸附捕捉和光催化降解除去室内甲醛、甲苯等气态污染物。纳米TiO2/硅藻土复合材料作为填料，以一定比例添加到室内装饰材料或表面涂料中，如硅藻泥、内墙涂料，木质百叶窗、木地板、家具漆等，可以达到长效吸附分解甲醛的功效。经国家权威机构检测，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。2.什么是纳米TiO2？ 纳米TiO2是一种优良的光催化材料。在光照条件下，使污染物甲醛降解为二氧化碳和水，将污染物从根本上予以消除。但单分散纯纳米TiO2很难制备（比表面积很大，表面能也很大，自发形成团聚体），生产成本很高，而且使用也不方便。3.为什么要将纳米TiO2 负载在硅藻土表面上？从材料制备角度讲，采用钛盐低温水解沉淀负载TiO2和控温煅烧晶化法可以使纳米TiO2粒子均匀分散在硅藻土颗粒表面，而且由于硅藻土载体的阻碍作用，纳米TiO2粒子难以相互吸引团聚；另外，由于硅藻土载体本身所含的无定形二氧化硅、氧化铁、氧化铝等成分以及沉淀负载与煅烧过程中采用的氮掺杂技术使纳米TiO2的禁带宽度减小，可见光的利用率提高，也即显著提高了材料在可见光下的光催化性能。从应用性能角度讲，将纳米二氧化钛负载到硅藻土上，使硅藻土不仅具有吸附捕捉游离在空气中的甲醛分子的功能，而且依靠均匀负载固定在硅藻表面或纳米孔洞边缘的纳米TiO2 的光催化作用能把硅藻纳米孔洞内吸附捕捉的甲醛在光照条件予以分解。既解决了硅藻土本身不具备光催化降解功能，又克服了单分散纯纳米二氧化钛吸附捕捉功能的不足；使吸附捕捉甲醛等污染物的功能与光催化降解甲醛等污染物的功能集于一身。虽然，同时使用吸附材料如硅藻土和纯纳米TiO2（如德国产的P25）也能实现二种功能的结合，但是，由于纳米TiO2的用量很少和难以在吸附材料中均匀分散，纳米TiO2粒子可能离吸附质硅藻颗粒的距离较远，（因作用距离的限制）难以降解硅藻颗粒中吸附的甲醛等污染物；本材料由于纳米TiO2粒子就在硅藻颗粒的表面或孔洞边缘，能近距离作用于吸附捕捉的甲醛等污染物，因此，光催化降解效率较高，而且用量少。4 .负载在硅藻土表面的纳米TiO2晶型、晶粒的大小是多少？是否有团聚？晶型主要为锐钛型，晶粒1020nm，均匀负载固定在硅藻表面或纳米孔洞边缘，无团聚。5.什么是硅藻土硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，由古代硅藻遗骸经长期的地质作用形成。主要成分为SiO2；其松散、质轻、多孔等天然特性使其具有独特的微过滤、吸附、调湿等功能。硅藻土的孔分布有规律，平均孔径一般为50-60nm。6. 纳米TiO2/硅藻土复合材料的应用性能特点是什么？“纳米TiO2/硅藻土复合材料”的应用性能特点主要体现在长效性与高效性二个方面。以去除甲醛为例：第一，高效。在日光灯下48小时内对甲醛的去除率80%；第二，长效。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，它照样能吸附甲醛，等到有光照时再对吸附的甲醛进行分解）。7.为什么对甲醛的治理需要一种长期有效的产品？ 甲醛污染有一个突出的特点长期挥发。家居建材中，甲醛的挥发或释放期为长达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产品。8.为什么说纳米 TiO2/硅藻土复合材料对甲醛的治理是长期有效的？ 因为纳米TiO2的光催化作用是长效、可持续的，只要有光照就能进行光催化反应。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，成功达到长效去除甲醛的效果。9.纳米 TiO2/硅藻土复合材料吸附分解甲醛是否会饱和？不会饱和，因为本材料最大的优点就是边吸附边分解，吸附捕捉的甲醛在光照条件下，分解成水和二氧化碳。就像人吃进食物然后消化掉一样。10.纳米 TiO2/硅藻土复合材料夜间有没有效果？在无光照的暗夜，它虽然不能分解甲醛，但照样能吸附捕捉甲醛，等到有光照时再对吸附捕捉的甲醛进行分解。11.纳米 TiO2/硅藻土复合材料分解甲醛产生什么物质？ 水和二氧化碳。12.纳米 TiO2/硅藻土复合材料分解甲醛后产生的二氧化碳对人体有害吗？没有影响，因为分解产生的二氧化碳的量很低。13.纳米 TiO2/硅藻土复合材料可以应用于哪些产品中？百叶窗、硅藻泥或壁材、地板、装饰板、墙纸，涂料、瓷砖、窗帘等室内装修或装饰材料以及汽车内饰等产品，等等。14.纳米 TiO2/硅藻土复合材料只有吸附分解甲醛的功能吗？ 不是。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。15.纳米 TiO2/硅藻土复合材料如何添加？一般按照每平方米4-15克的比例添加、分散到用于室内墙面装饰、装修的壁材表面涂层材料、墙纸与墙砖表面涂层、内墙涂料，家具面漆、木地板和木制百叶窗面漆、布衣窗帘表面染整液，油墨、抛光液等中。16.在室内无风条件下，纳米 TiO2/硅藻土复合材料能不能吸附分解甲醛？人体走动和供热等因素都能产生气流，促使甲醛分子流动，即使在没有空气流动的情况下，甲醛分子本身的运动，就可以与使用了纳米 TiO2/硅藻土复合光催化材料的墙壁产生碰撞，进而被吸附捕捉和分解。17.纳米 TiO2/硅藻土复合材料需要什么样的光照条件下能够分解甲醛？ 太阳光和灯光均可。18.纳米 TiO2/硅藻土复合材料与现在市面上的硅藻泥有什么区别？ 区别主要有两点，一是产品性质不同，本产品是一种添加于涂料等其他产品中使用的添加剂，用量小，效果好；硅藻泥则是一种直接用于墙面装饰的涂料。二是效果不同，本产品最突出的特点就是长效吸附并分解甲醛，从根本上彻底消除甲醛；而市面上未添加纳米 TiO2/硅藻土复合材料的硅藻泥，只是具有吸附甲醛的功能，没有降解甲醛的功能，一旦吸附饱和，就不能再吸附了，不能持续和长效的去除甲醛，因此不能从根本上消除甲醛。19. 纳米 TiO2/硅藻土复合材料降解去除甲醛的机理?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和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：CC(83)、CH(99)、CN(73)、CO(80)、NH(93)、HO(111)等，故生成的OH和O2可攻击甲醛的CH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和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。其分解机理推断如下： 20、“硅藻泥”是近几年装修市场上的热门话题，不断有新的硅藻泥品牌加入市场，并在消费者人群中形成一定的认知。请问，传统的“硅藻泥”产品具有哪些作用，其原理是什么？ “硅藻泥”在中国应用的时间不长，其主要功能是调湿、吸附室内有害气体；当然，在不使用光催化材料，如纳米TiO2的硅藻泥产品中没有分解室内甲醛及其他有机污染的功能。但我认为，不宜将其简单的称为传统的“硅藻泥”产品。21、市面上多数的硅藻泥壁材以单纯硅藻泥为主材，硅藻泥的吸附作用是商家的主要卖点。请问，硅藻泥的吸附作用是活性炭的多少倍？这是否也跟不同类型、不同产地的硅藻土有关？怎样的硅藻土是行业公认较好的产品？ 不同类型、不同产地的硅藻土的吸附作用是一样的，但吸附能力不同。硅藻土与活性碳因为孔结构、孔体积与孔径分布不同，不仅吸附作用（模型）不同，而且吸附能力也不一样。我认为，不能简单地进行对比（尤其是定量比较），因为硅藻土的来源和加工方式不同，本身比表面积和孔体积与孔径分布也不同，吸附作用与孔径及比表面积有关，吸附能力则与孔体积有关。但有一点是肯定的，即活性碳的比表面积大于硅藻土。从调湿性能角度来讲，比表面积和孔体积大、孔径分布适中的硅藻土较好。22、传统硅藻泥能够分解吸附的有害气体？如果不具有分解作用，那么这是不是意味着，当室内的温度升高，或者因为其他外部条件改变，被吸附在硅藻土孔洞中有有害气体会跑出来，造成二次污染？ 如果没有分解功能，仅是吸附，达到饱和吸附后，被吸附的气体物质肯定会有一部分在室内温、湿度变化条件下脱附，如果饱和吸附的是有毒气体，脱附物应该还是。23、硅藻土本身是否有调节空气温度、湿度的作用？产品通过什么原理来实现这种功能？ 一般来讲，硅藻土本身只有调节空气湿度的功能；虽然有保温功能，但没有调节温度的功能，调温需要对硅藻土进行深加工，譬如说制成硅藻土复合相变材料。24、传统的硅藻土都宣称可以重复利用，吸附了有害气体的硅藻土，如何才能在重复回收的过程中，将有害气体排出，恢复硅藻土的吸附性？ 从技术角度来讲是能够将有害气体排出恢复一定程度的吸附能力，如热处理（焙烧），但要真正实现科学的回收利用，还应该进行细致的研究。25、家庭装修的污染程度不同，有害气体的释放周期长，传统的硅藻土是否很容易达到饱和而失去了净化空气的作用？据我所知，因家庭装修或家具造成的有害气体中，甲醛释放时间长达十余年。因此，如果室内甲醛污染严重超标，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。26、您认为传统硅藻土的优点和缺点分别是什么？ 我认为硅藻泥只有功能的区别，无所谓传统或非传统。硅藻泥作为室内装饰装修材料的优点是调湿、环保、此外还有美感和亚光以及难燃等。缺点不是硅藻泥本身，主要在于原材料和配方，一般来说，没有使用可持续降解有机污染物的组分，如纳米TiO2（光触媒）材料的表层硅藻泥，只能吸附、不能分解甲醛、甲苯等有机污染物。 27、纳米二氧化钛硅藻土，二氧化钛是被附着到硅藻土孔洞的表面吗？这是不是一项很困难的技术？这项技术应用了几年？成熟吗？国内能够做到这项技术的企业多不多？ “纳米二氧化钛硅藻土”是指“纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料”，纳米二氧化钛粒子是被负载着到硅藻颗粒表面，当然孔洞表面也有纳米TIO2粒子负载。作为该技术的发明人和国家“十二五”科技支撑计划项目课题和示范生产线负责人，自己讲这是一项很困难的技术可能不合适，但目前除了中国矿业大学（北京）的合作伙伴临江市宝健木业有限公司能够生产外，国内外还没有第二家生产纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料产品的企业。这项技术已应用了6年。28、除了甲醛之外，室内装修常见的污染物如苯系物、TVOC等，是否有纳米二氧化钛硅藻土的净化检测？产品对这些有害物的去除效率如何？ 有甲苯的检测报告，24小时甲苯去除率能达到36%以上（标准是48小时大于等于35%）。29、有企业表示，国内还没有实现可见光下反应的光催化技术，在日本才有这种技术。事实上是这样吗？可见光下反应的光催化技术难度是否很高、很难实现？ 我不清楚该企业是依据什么和怀何种目的讲“日本才有这种技术”这句话的。事实是临江市宝健木业有限公司生产的纳米TiO2/硅藻土复合材料的光催化降解甲醛和甲苯的性能检测全部在可见光下进行，而且，行业标准JC/T1074-2008也规定采用可见光检测材料的光催化降解性能。可见光下实现光催化技术有难度，但能实现，只不过是速度快慢的问题。30、纳米二氧化钛硅藻土用于墙面，其使用寿命有多长？从发现纳米二氧化钛具有光催化作用只有40余年的时间，纯纳米二氧化钛的光催化商业化应用（最知名的是德国产的P25）只有20年左右，但目前尚未见报道其寿命问题。一般来讲，材料也有其使用寿命，但纳米二氧化钛的使用寿命到底多长，现在还没有权威结论。纳米TiO2/硅藻土复合材料至今只使用6年。大家知道硅藻土是硅质沉积岩,化学稳定性好。作为纳米二氧化钛载体的硅藻土的使用寿命应该与其它无机材料一样，而且它已经在地下存在了数亿年。至于纳米二氧化钛的寿面，我想也许数十年或100年后会有结论。31、纳米二氧化钛硅藻土以什么形式呈现，我们有看到过粉末状的产品，可以添加在涂料里面。这种产品如何应用在“百叶窗、地板、装饰板、墙纸，涂料、瓷砖、窗帘等室内装修或装饰材料以及汽车内饰”等产品上？ 纳米TiO2/硅藻土复合光催化材料是粉末状产品。产品已用于硅藻泥、木制百叶窗、涂料、地板、墙纸，瓷砖、窗帘等室内装修或装饰材料中。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。32、纳米二氧化钛硅藻土粉末可以直接加在涂料里面吗？水性涂料和油性涂料都可以？一桶5L的室内墙面水性漆，需要加入多少的纳米二氧化钛硅藻土粉末？ 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。33、传统硅藻土有一个缺点，干燥的时候容易摸上去有沙沙的手感，或者表面的硅藻土容易附在手上，纳米二氧化