Page 109 - 《精细化工》2022年第1期

第 1 期 闫佳琪，等: 聚氨酯负载二元氧化物复合纤维膜的制备及其对甲醛的氧化作用 ·99·

表 1 可见光照 2 h 后不同 TiO 2 和-MnO 2 掺杂量的复合纤维膜过滤及去除甲醛的性能
Table 1 Performance of composite nanofibrous membranes with different doping amount of TiO 2 and -MnO 2 filtration and
removal formaldehyde after 2 h under visible light irradiation
反应前质量浓度 反应后质量浓度 过滤效率/%
TiO 2、γ-MnO 2 过滤
掺杂量/% 阻力/Pa PM 2.5/ PM 10/ HCHO/ 3 PM 2.5/ PM 10/ 3 HCHO/ PM 2.5 PM 10 HCHO
3
3
3
3
(μg/m ) (μg/m ) (mg/m ) (μg/m ) (μg/m ) (mg/m )
0 45.60 32.46 46.14 2.00 0.013 0.005 0.07 99.96 99.99 96.5
3 44.02 32.46 46.14 2.00 0.016 0.009 0.06 99.95 99.98 97.0
5 45.21 32.46 46.14 2.00 0.019 0.014 0.04 99.94 99.97 98.0
8 46.09 32.46 46.14 2.00 0.016 0.009 0.02 99.95 99.98 99.0
10 46.77 32.46 46.14 2.00 0.019 0.014 0.05 99.94 99.97 97.5
注：过滤效率/%=(1–反应后质量浓度/反应前质量浓度) ×100。

由表 1 可知，不同 TiO 2 和 γ-MnO 2 掺杂量的复 TiO 2 在可见光条件下也能氧化甲醛。因此，当光照
合纤维膜对颗粒物的过滤效率均达到 99.9%以上， 时间延长时，促使导带上更多的电子与 O 2 和 H 2 O
过滤阻力为 45 Pa 左右，且符合国标对室内甲醛的 持续发生作用，生成的具有强氧化性的氢氧自由基
–8
质量浓度低于 8×10 g/L 的要求 [16-17] 。TM/TPU-8% 和超氧离子自由基更多，即甲醛的转化率更高 [18] 。
复合纤维膜对甲醛的过滤效果最好，进一步增加 光照时间的延长及温度的升高使 TiO 2 表面不断生成
TiO 2 和 γ-MnO 2 的掺杂量时，过滤效率有微弱下降趋 自由基，加快了对消耗的—OH 和活性氧物种的补
势，可能是由于 TiO 2 和 γ-MnO 2 在纤维膜中团聚， 充。同时又反向促进 γ-MnO 2 将更多的光生电子传递
导致部分孔隙堵塞，减弱了复合纤维膜的过滤性能。 到 TiO 2 的导带上，使 TiO 2 与 γ-MnO 2 之间的协同促
因此，8%的掺杂量为最优选择。 进作用增强，推动了反应的持续进行。
2.3 复合纤维膜对甲醛溶液氧化性能评价 2.4 复合纤维膜的循环稳定性能
不同可见光照射时间、反应温度下，TiO 2 、 TM/TPU-8%复合纤维膜过滤及去除甲醛的循
γ-MnO 2 及 TM/TPU-8%复合纤维膜对甲醛转化率的 环稳定性如图 8 所示。
影响如图 7 所示。

图 8 TM/TPU-8%复合纤维膜过滤及去除甲醛的循环稳

图 7 不同可见光照射时间、温度下 TiO 2 、γ-MnO 2 及 TM/ 定性能
TPU-8%复合纤维膜氧化甲醛的效率 Fig. 8 Cyclic stability of filtration and removal formaldehyde
Fig. 7 Oxidation efficiency of formaldehyde by TiO 2 , by TM/TPU-8% composite nanofibrous membrane
γ-MnO 2 and TM/TPU-8% composite nanofibrous
membrane at different time and temperature under 由图 8 可知，反应温度为 40 ℃，反应时间为
visible light irradiation 5 h，甲醛转化率达到 90%左右。在反应 50 h 后，甲
醛转化率下降为 83.2%。同时，复合纤维膜在 90 m /h
3
虽然有文献表明 TiO 2 在紫外光条件下有较好的
[5]
光催化性能 ，但由图 7 可知，单一的 TiO 2 或 γ-MnO 2， 的风量下，经 50 h 的连续反应后仍能稳定使用。以
上数据表明复合纤维膜具有优异的循环稳定性。
在可见光条件下氧化甲醛的效果较差，温度为 40 ℃
时，甲醛转化率仅为 14%和 27%。γ-MnO 2 能吸收可 3 结论
见光波长范围内的入射光子，并将其价带上的光生
电子直接传递到 TiO 2 的导带上，解决了 TiO 2 无法吸 通过将少量 TiO 2 、γ-MnO 2 与 TPU 溶于 DMF，
收可见光波长范围内的入射光子，导致价带上的电 由静电纺丝法制得不同 TiO 2 和 γ-MnO 2 掺杂量的复
子无法跃迁至导带上发挥催化作用的问题，使得 合纤维膜，借助光催化剂 TiO 2 与强氧化剂 γ-MnO 2