论文总字数：16867字

摘 要

生活中的甲醛给生态环境和人体健康都带来了严重危害。针对甲醛降解，现有吸附技术、空气的负离子技术、材料的封闭技术和催化技术等。其中纳米TiO₂具有良好的稳定性和较高的光催化活性，且无二次污染，是一种绿色环保催化剂.。本文利用壳聚糖的成膜性和吸附性，研究其与纳米TiO₂复合成为催化薄膜的实现方法，从而提高TiO₂的甲醛降解速率。

本文采用共混交联法，通过乙酸溶解壳聚糖得到胶体溶液，再由纳米TiO₂与之共混后经流延成膜法制备出纳米TiO₂/壳聚糖催化薄膜，进行催化性能研究，得出了最佳制备条件：焙烘温度为60^oC，焙烘时间2h，pH值为5。最佳条件下制备的催化薄膜在可见光下能快速降解甲醛溶液，48h后降解率达97.42%，可以有效去除甲醛，具有重要的现实研究意义。

关键词：纳米二氧化钛 壳聚糖 催化薄膜 光降解 甲醛

Photodegradation of formaldehyde by nano- TiO₂/chitosan

catalytic thin film

Abstract

Formaldehyde in life has brought serious harm to ecological environment and human health. In order to degrade formaldehyde, the existing adsorption technologies include air negative ion technology, material sealing technology and catalytic technology, etc.Among them, nano-TiO₂ has good stability and high photocatalytic activity without secondary pollution, and is a green environmental protection catalyst.In this paper, using the film-forming and adsorptive properties of chitosan, the method to realize the composite of chitosan and nano-TiO₂ as a catalytic film was studied to improve the formaldehyde degradation rate of TiO₂.

In this paper, a nano-TiO₂/chitosan catalytic film was prepared by casting cross-linking method, by dissolving chitosan with acetic acid to obtain colloidal solution, and then blending nano-TiO₂ with it. The catalytic performance was studied, and the optimal preparation conditions were obtained: roasting temperature was 60 ^oC, roasting time was 2h, and pH value was 5.The catalytic film prepared under the optimal conditions can rapidly degrade formaldehyde solution under visible light, and the degradation rate reaches 97.42% after 48 h. It can effectively remove formaldehyde, which has important practical significance.

Key words: Nano-TiO₂; Chitosan; Catalytic thin films; Photodegradation; Formaldehyde

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2纳米二氧化钛的概述和应用 1

1.2.1纳米二氧化钛的概述 1

1.2.2纳米二氧化钛的应用 2

1.2.3纳米二氧化钛薄膜的制备 2

1.3壳聚糖的概述和特性 3

1.3.1壳聚糖的概述 3

1.3.2壳聚糖的成膜性 3

1.3.3壳聚糖的吸附性 3

1.4纳米二氧化钛/壳聚糖催化薄膜的研究 3

1.4.1复合膜的催化原理 3

1.4.2复合膜的研究背景 4

1.5纳米二氧化钛/壳聚糖复合膜的制备方法 4

1.5.1共混交联法 4

1.5.2 溶胶-凝胶法 5

1.5.3水热法 5

1.5.4浸渍涂敷法 5

1.6研究目的、途径以及意义 5

第二章 实验部分 7

2.1纳米二氧化钛/壳聚糖催化薄膜制备 7

2.1.1实验原理 7

2.1.2实验试剂和仪器 7

2.1.3实验内容 8

2.2甲醛降解测定 8

2.2.1实验原理 8

2.2.2实验试剂和仪器 9

2.2.3实验内容 9

2.2.4甲醛浓度计算方法 11

2.3本章总结 12

第三章 实验结果与讨论 13

3.1纳米二氧化钛/壳聚糖催化薄膜的表面形貌和失重率 13

3.1.1表面形貌 13

3.1.2失重率 13

3.2制备条件对纳米二氧化钛/壳聚糖复合膜催化性能的影响 14

3.2.1焙烘温度对复合膜催化性能的影响 14

3.2.2 pH值对复合膜催化性能的影响 15

3.2.3 焙烘时间对复合膜催化性能的影响 15

3.3最佳条件下制备的复合催化薄膜对甲醛的降解效果 16

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 18

参考文献 20

致谢 22

第一章 文献综述

1.1引言

近年来，随着经济的快速发展，国民健康意识也日益增强。目前，甲醛及其衍生物广泛应用于化工、木材、纺织、防腐等领域。它是室内空气污染的重要组成部分，其主要来源是装修用品，具有毒性，长期接触会对身体造成严重威胁。当人们处在高甲醛浓度的环境中时，他们的身体会产生各种不舒服的症状，包括皮肤刺激、呼吸道疾病和癌症^[1]。因此，为了从根本上了解甲醛在室内空气中的危害，充分发挥各种净化技术的功能优势，确保提高室内空气中甲醛的净化效率，科研机构相关技术人员有必要积极参与实践探索，积累更多的实践经验，将各种净化技术的功能优势充分应用到室内空气中，以提高室内空气中甲醛等污染物的净化效率，为人们创造优质的室内空气环境。

除甲醛的方法有物理吸附技术、材料密封技术、空气负离子技术、催化技术^[2]和清除剂等。对甲醛的催化主要是用催化剂将室内空气中的甲醛等污染物转化为无污染的CO₂和H₂O或其他对人体无害的成分。但由于该技术的缺点，设备价格相对昂贵，会产生一些新的污染物，如氮氧化物、臭氧、一氧化碳等。因此目前为了氧化分解室内甲醛等污染物，常使用简便成本低、又快又环保的空气光催化氧化技术。旨是太阳光或紫外线的照射下使催化剂发挥作用去氧化分解甲醛，这在目前室内空气的甲醛净化中广泛应用，且实际应用效果较好。其中纳米TiO₂催化活性高、稳定环保，但粉体的TiO₂不好回收也不适用于工业，因此对纳米TiO₂进行改性，或者制备稳定、牢固且具有高催化活性的固定化TiO₂膜便成为重要的研究方向。

1.2纳米二氧化钛的概述和应用

1.2.1纳米二氧化钛的概述

直径小于100nm，也称钛白粉，看起来为疏松的白色粉末。纳米TiO₂的光学性质较为稳定，具有非迁移性和超亲水性。其结晶形态有三种：锐钛型、板钛型和金红石型^[3]。锐钛型的在可见光短波部分的反射率高、光催化活性最高。它在可见光或紫外线作用下被激活后，不论是光氧化能力还是还原能力都很强，对部分有机物如甲醛及部分无机物均有光降解作用。纳米TiO₂还拥有很强的“超亲水性”，可以对其表面碳氢化合物作用分解成O₂和CO₂，达到自清洁。

1.2.2纳米二氧化钛的应用

纳米TiO₂应用前景广，因为它具有良好的稳定性和光催化活性，方便易得、安全又环保。其应用形式之一是粉体，但是不好回收；另一种就是应用广泛的薄膜形式，可以更好地附着不同基材上，其应用主要表现在处理污染物、制氢、太阳能电池、造纸、皮革制造等方面。在处理污染物上，由于我国水资源短缺且污染严重，污水处理不容忽视。张守花^[4]采用溶胶-凝胶法制备了铜掺杂纳米二氧化钛降解污水，实验发现这可以有效降解。

1.2.3纳米二氧化钛薄膜的制备

（1）气相沉积法

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