本文作者：张炜栋 黄 旭 单位：南通纺织职业技术学院染化系

环保性能较差的室内装饰材料和家具会挥发二甲苯等多种有毒化合物。这些物质与人体接触时间越长，隐形危害越大。随着人们生活水平的提高，地毯在室内使用得越来越多。通过后整理加工，使地毯能较好地降解二甲苯等多种有害物质，可明显改善人们的居住环境。通过纳米TiO2的光催化作用来净化挥发性较强的氨［1］、采用纳米纤维材料去除甲醛［2］等方法均有报道。由于纳米TiO2具有光催化适用范围广、催化条件低、无二次污染等优点，所以纳米TiO2在室内环境治理技术［3-4］的发展中发挥着越来越重要的作用。当紫外光照射到TiO2表面时，在其表面生成电子—空穴对，空穴和电子分别与吸附于TiO2表面的水和氧作用形成具有很强氧化性的OH自由基和氧负离子。OH自由基和氧负离子的氧化作用使得有机物光催化降解［1］。β-环糊精能捕获包合空气中如苯酚、苯胺、对苯二酚等微量芳香类小分子［5］。本文结合纳米TiO2的光催化作用和β-环糊精的包合缓释特性，对簇绒类地毯分别进行了纳米TiO2/β-环糊精整理和纳米TiO2整理。同时利用自行设计的二甲苯光催化反应器模拟室内环境，观察了上述整理剂的净化效能。

1试验

1．1材料、药品和仪器小型簇绒地毯(腈纶、棉、黏胶混纺，南通华艺纺织有限公司)，CMC(8g/cm3，泰州市海陵区风成化工有限公司)，β-环糊精(分析纯AR，北京索莱宝科技有限公司)，纳米TiO2(粒径20～40nm，淄博晓光化工材料有限公司)，二甲苯(AR，宜兴市辉煌化学试剂厂)。GC112A型气相色谱仪(上海精密科学仪器有限公司)，P-B1型电动轧车(台湾瑞比公司)，Cary-50紫外—可见光分光光度计(美国瓦里安公司)，紫外灯(UVA，波长365nm，30W，天津市英泽科技有限公司)，HD5000型万能材料试验机(南通宏大实验仪器有限公司)，ATELES5000+型日晒牢度仪(德国)。

1．2试验装置GC112A型气相色谱仪，SPH-200型氢气发生器，浙江智达N2000色谱工作站。自制简易的光催化装置:由橡胶塞封口的6L棕色试剂瓶及气相用微量注射器制成，如图1所示。为验证降解率与β-环糊精的加入有关，先配制2份整理液，其处方分别为:光催化整理液1:将0．5g分散剂、0．1g纳米TiO2加入到50mL水中，超声分散30min后再加入1gCMC，搅拌至CMC全部溶解。光催化整理液2:将0．5g分散剂、0．1g纳米TiO2和0．1gβ-环糊精加入到50mL水中，超声分散30min后加入1gCMC，搅拌至CMC全部溶解。地毯试样整理工艺:将光催化整理液反复均匀地喷涂于洁净干燥小型地毯(0．05m2)→烘干(100℃，20min)→水洗→烘干。分别制得地毯整理1#试样(纳米TiO22g/m2无β-环糊精)和2#试样(纳米TiO2/β-环糊精均2g/m2)。

1．3二甲苯气体的配制及测试条件分别用微量注射器将1．8mL的二甲苯(AR)样品注入不同的透明密封试剂瓶中，使每一试剂瓶中二甲苯起始浓度均为215mg/m3。照射时间为8h。1．4残留二甲苯的测定分析测得二甲苯的出峰的保留时间为2．948min。

2结果与讨论

2．1不同地毯样品对二甲苯的吸附分别用地毯原样、地毯整理1#试样和2#试样对二甲苯气体进行吸附试验，试验结果见表2。从表2可看出，室温下原样对二甲苯的吸附很少;1#试样吸附率为5．8%;2#试样吸附率为24．5%。结果表明，含β-环糊精的整理液可显著提高吸附二甲苯的效果。

2．2光源对催化效率的影响在1．3测试条件下，比较二甲苯在四种光源下光催化降解的情况:避光、日光、紫外光和氙灯。由表3可看出，原样、1#试样和2#试样经不同光源照射后，对二甲苯气体均有不同程度的降解。氙灯光源虽仅略强于紫外光源，但明显强于室内自然光。原样经日光照射后二甲苯气体降解虽可达满意效果，但照射时间越长，对人体的危害越大。日光中紫外光对二甲苯气体的催化降解起催化作用。2#试样对二甲苯的光催化效果好于1#试样，主要是因为2#试样中的β-环糊精能吸附、包结游离的二甲苯气体分子，使2#试样表面的二甲苯浓度增加，反应物浓度的增加有利于光催化降解效率的提高，使得纳米TiO2和β-环糊精的协同效应得到加强。

2．3整理液组分对催化效率的影响试验中纳米TiO2在整理剂中的含量相同(2g/m2)。当β-环糊精含量递增时，地毯样品对二甲苯的吸附情况如图3所示。当地毯中β-环糊精含量为零时，地毯对二甲苯有微量的吸附，主要分布在织物组织之间;当β-环糊精含量增加时，二甲苯吸附率大大提高;当β-环糊精含量为2g/m2时，吸附率达到最高，为22%。此后随着β-环糊精含量的递增，吸附率无明显增加。试验中β-环糊精含量定为2g/m2，提高纳米TiO2在整理剂中的含量，在紫外光的照射下二甲苯的降解情况如图4所示。随着纳米TiO2含量的增加，二甲苯的降解率有所提高;当TiO2含量为6g/m2时，降解率达到最高值;继续增加TiO2含量，降解率则有所降低。这可能是因为整理剂中纳米TiO2含量的增加会导致附着在纤维上的纳米TiO2数量增多，从而提高了光催化反应效率。但是整理液用量过多则可能加剧了纳米TiO2在纤维表面的团聚现象，限制了光催化反应性能，致使二甲苯的降解率有所降低。

2．4二甲苯浓度对催化效率的影响改变光催化装置中二甲苯的浓度分别为430和215mg/m3，利用2#试样，在氙灯、UVA、室内自然光和避光等4种条件下分别照射8h，结果见表4。由表4可知，随着浓度的增加二甲苯的降解率减小，这是由于单位时间内降解的二甲苯基本固定，地毯样品面积不变，接受光催化的表面也相应固定，单位时间内降解的量一定，反应物的总浓度提高，降解率就降低。同时，反应物光催化分解所产生的副产物可能仍被β-环糊精所吸附，在一定程度上影响了二甲苯的吸附及降解，使二甲苯的降解率有所下降。

2．5光照时间对催化效率的影响本试验将2#试样置于室内自然光照射下，观察时间对二甲苯降解率的影响，结果见表5。由表5可知，二甲苯降解率随着室内自然光照射时间的延长急剧上升，2周后经检测二甲苯降解率高达74．8%。随着光催化装置内反应物浓度的不断降低，光催化降解的反应速率逐渐降低。降解中间产物在纤维表面附着等，导致光催化降解速率降低。同时将2#试样避光保存，在试验过程中，二甲苯降解率的变化不大，这是由于没有光的催化特别是高能量光的照射，TiO2得不到能量，其价带上的电子不能被激发所致。而避光保存的二甲苯含量在2周后的降解率为20．9%，主要是β-环糊精吸附包结二甲苯分子或二甲苯分子的自身衰减。

2．6光照前后地毯颜色、表观的变化对光照前后的地毯试样进行物理性能测试，结果表明，试样的颜色和表面簇绒倒伏状态基本保持不变，能满足日常使用要求。

3结语

经纳米TiO2/β-环糊精整理的地毯，在光照条件下对二甲苯具有很好的催化降解作用。由于β-环糊精具有良好的包合缓释作用，使得纳米TiO2和β-环糊精的协同效应得到加强，纳米TiO2整理剂中加入β-环糊精的光催化降解优势明显。试验证明，经纳米TiO2/β-环糊精整理的地毯，在室内自然光照射2周后，可将浓度为215mg/m3的二甲苯降解74．8%。这可明显改善室内的空气质量。

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