复杂多孔天然橡胶泡沫复合材料中改性二氧化钛对二甲苯光催化去除的研究

为了解决挥发性有机化合物（VOCs）污染问题，研究人员开发了含有改性二氧化钛（TiO2）的天然橡胶（NR）泡沫复合材料。研究发现，ZnO-TiO2改性显著提高了材料的机械性能和光催化活性，二甲苯去除率比未改性泡沫高出17倍。这一成果为高效空气过滤系统提供了新的材料选择。

　　

论文解读

在当今世界，随着工业化和城市化的快速发展，挥发性有机化合物（VOCs）的排放问题日益严重。这些化合物不仅对环境造成污染，还对人类健康构成威胁。其中，二甲苯作为一种常见的VOC，广泛用于涂料、溶剂、清洁剂等领域，其排放对空气质量的影响尤为显著。传统的处理方法如物理吸附和高级氧化过程虽然在一定程度上能够减少VOCs的排放，但效果有限。因此，寻找一种高效、经济且环保的处理方法成为当前研究的热点。

为了应对这一挑战，来自泰国的一家橡胶公司和化学公司的研究人员开展了一项创新性的研究。他们开发了一种新型的天然橡胶（NR）泡沫复合材料，并在其中掺入了改性的二氧化钛（TiO₂）。这种复合材料不仅具有良好的机械性能，还具备优异的光催化活性，能够在紫外线和可见光照射下降解二甲苯。

研究中，研究人员采用了多种先进的实验技术来表征和分析复合材料的性能。首先，他们利用粒子大小分析仪、傅里叶变换红外光谱和比表面积测量等技术，对改性TiO₂的特性进行了详细分析。结果表明，ZnO-TiO₂和Ag-TiO₂的粒径分别为约6.64微米和21.34微米，显示出良好的分散性和较大的比表面积。此外，通过紫外-可见-近红外光谱分析，确定了改性TiO₂的带隙能量，分别为2.96 eV和2.91 eV，表明其在紫外和可见光范围内具有良好的光吸收能力。

在机械性能方面，研究人员发现，添加10 phr的改性TiO₂显著提高了复合材料的模量和拉伸强度。通过扫描电子显微镜（SEM）和微计算机断层扫描（μCT）技术，观察到复合材料的微观结构得到了优化，形成了更加复杂的孔隙结构，有利于气体的扩散和吸附。

光催化性能测试表明，含有ZnO-TiO₂的复合材料在紫外线和可见光照射下表现出优异的二甲苯降解能力。具体来说，在紫外线照射下，复合材料对二甲苯的降解效率达到了98%，而在可见光照射下，其降解速率比未改性的NR泡沫高出17倍。这主要归因于ZnO-TiO₂的异质结结构，有效抑制了电子-空穴对的复合，增强了活性氧物种的生成。

除了光催化性能，研究人员还评估了复合材料的耐用性和可回收性。实验结果显示，复合材料在连续10天的使用过程中保持了稳定的二甲苯吸收能力，并且在多次清洗后仍能保持较高的吸收效率。

这项研究的成果具有重要的实际应用价值。改性后的NR泡沫复合材料不仅在光催化降解VOCs方面表现出色，还具有良好的机械性能和耐用性，适用于家具、过滤器等多种应用场景。未来，研究人员将进一步探索湿度、温度等环境因素对复合材料性能的影响，并开发混合掺杂策略以拓宽其光响应范围，推动其在连续过滤或空气净化设备中的规模化应用。

综上所述，这项研究通过创新的材料设计和先进的实验技术，成功开发了一种高效的VOCs处理材料，为环境保护和室内空气质量改善提供了新的解决方案。其研究成果不仅具有重要的学术价值，也为实际应用提供了有力的支持。