Page 106 - 《精细化工》2022年第1期

·96· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

催化剂 TiO 2 需要在紫外光条件下才能发挥作用，限 1.3 TiO 2 /γ-MnO 2 /TPU 纳米纤维膜的制备
[5]
制了其在日常生活中的应用 。因此可以将二者结 在 5 个 100 mL 蓝盖瓶中均加入 20 mL DMF 溶
合起来，达到协同氧化甲醛的目的。然而，氧化物 液，再加入 4.39 g TPU 颗粒，制得纺丝液 a。将纺
粉体在实际使用过程中易损失、易团聚，限制了其 丝液 a 在常温下于磁力搅拌器上搅拌 48 h，待纺丝
循环使用性。因此，找到成本低、低温氧化效率高、 液 a 均匀透明后，分别加入质量分数为 0、3%、5%、
耐久性好的除甲醛技术仍然是一个挑战。 8%、10%的纳米粒子 TiO 2 和 γ-MnO 2 ，对应的 TiO 2
近年来，纤维过滤在空气净化领域的研究成为 质量为 0、0.72、1.23、2.03、2.59 g，且 m(TiO 2 )∶
了新的热点，其核心在于通过复合纤维膜筛分空气 m(γ-MnO 2 )=1∶1，经搅拌 48 h、超声 2 h 后得到纺
[8]
中的气体颗粒 。由静电纺丝技术制得的复合纤维 丝液 b，再用纺丝液 b 进行纺丝。纺丝参数为：喷
膜具有比表面积大、孔隙结构立体等优点，是极具 丝口与接收滚筒间施加电压 18 kV，速度为 0.8 mL/h，
潜力的过滤材料。目前已有研究将热塑性聚氨酯 间距为 16 cm，纺丝时间约 4 h。纺丝完成后，将纺
（TPU）纤维膜用于过滤超细颗粒 PM 0.1 ，达到净化 丝膜置于 60 ℃真空烘箱中烘干 5 h，使残留的溶剂
[9]
空气的目的，但无法有效分解空气中的甲醛 。基 完全挥发。将得到的静电纺丝膜记为 TM/TPU-X，
于此，本文设想结合 TPU 纤维膜提高二元金属氧化 其中 X 为纤维膜中掺杂的 TiO 2 和 γ-MnO 2 的质量
物的循环使用性，以期得到一种持续高效净化空气 分数。
并有效分解甲醛的技术。 1.4 结构表征
本文运用静电纺丝技术，选取 TPU 为基底，掺 采用 SEM、TEM 观察复合纤维膜的形貌以及
杂微量 TiO 2 和 γ-MnO 2 制备了 TPU 复合纤维膜，对 TiO 2 、γ-MnO 2 在纤维膜中的分布状态；用 XRD 对
其物理化学性质进行表征，采用自组建空气模拟实 TiO 2 、γ-MnO 2 以及复合纤维膜进行物相分析，判断
验装置进行复合纤维膜过滤及去除甲醛性能的评 是否成功合成和掺杂；采用物理吸脱附仪测定复合
价，并考察了 TiO 2 和 γ-MnO 2 掺杂量、光照时间和 纤维膜的比表面积和孔径分布；用傅里叶变换红外
温度对复合纤维膜除甲醛效果的影响机理。 光谱仪对反应前后的复合纤维膜进行表征。
1.5 性能测试
1 实验部分 1.5.1 复合纤维膜过滤及去除甲醛性能测试
室温下，进行不同 TiO 2 和 γ-MnO 2 掺杂量的复
1.1 试剂与仪器
合纤维膜的过滤及去除甲醛性能评价。自组建空气
TPU 弹性体粒料，AR，常州顺祥新材料有限公
模拟实验装置和实物图如图 1 所示。在体积为 1 m 3
司。钛酸四丁酯（C 16 H 36 O 4 Ti）、盐酸（HCl）、无水
的密闭立方体空间中，在烧杯 1 中加入 10 mL 0.1 g/L
乙醇、高锰酸钾（KMnO 4 ）、N,N-二甲基甲酰胺
的甲醛水溶液，通过加热装置 2 使其完全挥发。将
（DMF）、乙酰丙酮，质量分数 40%的甲醛溶液、
2
质量为 0.4 g、面积为 16 cm 的复合纤维膜 3 固定在
冰乙酸、乙酸铵，AR，国药集团上海化学试剂有限
圆柱管的一端，同时用碘钨灯模拟可见光照射。开
公司。硫酸锰、氯化钡，AR，北京伊诺凯科技有限
3
启抽风机 4，风量为 90 m /h。利用环境温度和室内
公司。
空调控制反应温度为 20 ℃，反应时长为 2 h。实时
碘钨灯，常州华德新材料科技有限公司；JEM-
记录空气检测仪 5 显示的 PM 2.5、PM 10 、甲醛的浓度。
2100 型透射电子显微镜，日本 JEOL 公司；D2PHASER
根据标准 GB/T 38413—2019 借助滤料综合性能测
型 X 射线衍射仪，德国 Bruker AXS 有限公司；
试台，得到其过滤阻力值 [10] 。
TRISTAR 3020 型全自动比表面积物理吸脱附仪，美

国 Micromeritics 仪器有限公司；Nicolet iS 10 型傅
里叶变换红外光谱仪，中国赛默飞世尔科技有限公
司；RCH-168 型空气检测仪，锐巢万联科技（武汉）
有限公司；LZC-H 型滤料综合性能测试台，苏州华
达仪器设备有限公司；UV-1200 紫外-可见分光光度
计，上海美谱达有限公司。
1.2 TiO 2 及 γ-MnO 2 的制备
图 1 净化甲醛空气模拟示意图（a）及实物图（b）
参照文献[5]的方法制得 TiO 2 。参照文献[6]的方 Fig. 1 Schematic diagram (a) and device diagram (b) of air
法制得 γ-MnO 2 。 purification of formaldehyde