Tác động của nhiệt độ xử lý nhiệt của lớp men đến cấu trúc và hiệu suất loại bỏ formaldehyde của gạch tường nội thất

Ruqin Gao1, Yingrui Huang1, Enhui Wang2, Xinmei Hou2, Lu Pan1, Guoting Li1, Bingtao Liu1
1School of Environmental Science and Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, China
2Collaborative Innovation Center of Steel Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing, China

Tóm tắt

Với sự cải thiện mức sống của con người, một lượng lớn sản phẩm dầu mỏ, vật dụng thiết yếu hàng ngày và đồ trang trí sản sinh hợp chất hữu cơ bay hơi được sử dụng trong trang trí, điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng không khí trong nhà. Vật liệu trang trí nội thất đã trở thành một điểm nghiên cứu hot trong những năm gần đây. Mục tiêu của bài báo này là phát triển một loại vật liệu tường nội thất có hiệu quả loại bỏ formaldehyde tốt, dễ sử dụng và chi phí thấp. Trong bài báo này, kết hợp nhiệt độ xử lý nhiệt khác nhau của lớp men, gạch tường nội thất dựa trên tourmaline/diatomite đã được chuẩn bị bằng phương pháp nghiền siêu mịn, nung đặc và thiêu kết ở nhiệt độ thấp. Lớp men dưới nhiệt độ xử lý nhiệt khác nhau được đặc trưng bằng phân tích nhiệt trọng lượng - nhiệt phân biệt, nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử quét. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý nhiệt đến hình thái và cấu trúc vi mô của lớp men đã được phân tích. Lấy formaldehyde làm sản phẩm phân hủy mục tiêu, các tác động của gạch tường nội thất dựa trên tourmaline/diatomite đến việc loại bỏ formaldehyde dưới nhiệt độ xử lý nhiệt khác nhau của lớp men đã được điều tra. Kết quả cho thấy rằng khi nhiệt độ xử lý nhiệt tăng, các lỗ ban đầu của diatomite giảm, diện tích bề mặt riêng giảm, và cấu trúc của tourmaline đã thay đổi. Ở 850°C, cấu trúc bề mặt của vật liệu bị hư hại nhẹ, độ bền được cải thiện và hiệu ứng loại bỏ formaldehyde tốt hơn. Trong một buồng môi trường 1 m3, tỷ lệ loại bỏ formaldehyde đạt 73,6% trong 300 phút. Khi nhiệt độ tăng lên 950°C trở lên, diatomite và cấu trúc của tourmaline bị phá hủy, và khả năng hấp thụ và phân hủy formaldehyde của vật liệu giảm.

Từ khóa

#vật liệu tường nội thất #formaldehyde #xử lý nhiệt #tourmaline #diatomite

Tài liệu tham khảo

A. Font, L. Soriano, L. Reig, M.M. Tashima, M.V. Borrachero, J. Monzó, and J. Payá, Use of residual diatomaceous earth as a silica source in geopolymer production, Mater. Lett., 223(2018), p. 10. S.Y. Dai, L. Zhang, P.Y. Qi, L. Wang, and W.M. Ma, Preparation of molecular sieve and diatomite composite by hydrothermal method and its adsorption performance, J. Chin. Ceram. Soc., 48(2020), No. 7, p. 1122. R.Q. Gao, D. Liu, Y.R. Huang, and G.T. Li, Preparation of diatomite-modified wood ceramics and the adsorption kinetics of tetracycline, Ceram. Int., 46(2020), No. 12, p. 19799. E.L. Aksakal, I. Angin, and T. Oztas, Effects of diatomite on soil physical properties, CATENA, 88(2012), No. 1, p. 1. L. Han, F.L. Li, H.J. Zhang, L.H. Dong, Y.T. Pei, Q. Zhu, W.H. Wu, Q.L. Jia, and S.W. Zhang, Low-temperature preparation of porous diatomite ceramics via direct-gelcasting using melamine and boric acid as cross-linker and sintering agent, Ceram. Int., 45(2019), No. 18, p. 24469. Z.M. Sun, B.X. Liu, M.Z. Li, C.Q. Li, and S.L. Zheng, Carboxyl-rich carbon nanocomposite based on natural diatomite as adsorbent for efficient removal of Cr (VI), J. Mater. Res. Technol., 9(2020), No. 1, p. 948. L.F. Guo, S.Y. Zhang, J. Xie, D. Zhen, Y. Jin, K.Y. Wan, D.G. Zhuang, W.Q. Zheng, and X.B. Zhao, Controlled synthesis of nanosized Si by magnesiothermic reduction from diatomite as anode material for Li-ion batteries, Int. J. Miner. Metall. Mater., 27(2020), No. 4, p. 515. R.Q. Gao, Q. Sun, Z. Fang, G.T. Li, M.Z. Jia, and X.M. Hou, Preparation of nano-TiO2/diatomite-based porous ceramics and their photocatalytic kinetics for formaldehyde degradation, Int. J. Miner. Metall. Mater., 25(2018), No. 1, p. 73. F. Akhtar, Y. Rehman, and L. Bergström, A study of the sintering of diatomaceous earth to produce porous ceramic monoliths with bimodal porosity and high strength, Powder Technol., 201(2010), No. 3, p. 253. Y.H. Han, S. Qiu, H.Y. Zeng, F. Ma, J. Wang, Y.L. Qiu, and X.D. An, Short-term effects of tourmaline on nitrogen removals and microbial communities in a sequencing batch reactor at low temperatures, Int. J. Environ. Res. Public Health, 15(2018), No. 6, art. No. 1280. L.P. Hao, W.Y. Gao, S. Yan, M.H. Niu, G.S. Liu, and H.S. Hao, Preparation and characterization of porous ceramics with low-grade diatomite and oyster shell, Mater. Chem. Phys., 235(2019), art. No. 121741. C.H. Wang, Q. Chen, T.T. Guo, and Q. Li, Environmental effects and enhancement mechanism of graphene/tourmaline composites, J. Cleaner Prod., 262(2020), art. No. 121313. L.D. Tijing, M.H. Yu, C.H. Kim, A. Amarjargal, Y.C. Lee, D.H. Lee, D.W. Kim, and C.S. Kim, Mitigation of scaling in heat exchangers by physical water treatment using zinc and tourmaline, Appl. Therm. Eng., 31(2011), No. 11–12, p. 2025. Y.N. Chen, S. Wang, Y.P. Li, Y.H. Liu, Y.R. Chen, Y.X. Wu, J.C. Zhang, H. Li, Z. Peng, R. Xu, and Z.P. Zeng, Adsorption of Pb(II) by tourmaline-montmorillonite composite in aqueous phase, J. Colloid Interface Sci., 575(2020), p. 367. F. Wang, X.F. Zhang, J.S. Liang, B.Z. Fang, H.C. Zhang, Y.D. Zhang, and H. Zhang, Phase transformation and microstructural evolution of black tourmaline mineral powders during heating and cooling processes, Ceram. Int., 44(2018), No. 11, p. 13253. K.R. Chen, Study on the Synthesis and Properties of Pyroelectric Materials with Tourmaline-like Structure [Dissertation], China University of Geosciences, Beijing, 2018. Y.S. Wang, X.Y. Chuan, X. Cao, and D.B. Huang, The susceptibility property and the heat treatment of tourmaline from Houxianyu, Liaoning Province, Funct. Mater., 45(2014), No. 3, p. 03024. Y.L. An, L.Y. Zhang, Y. Zhang, N. Liu, S. Gao, and H. Chang, Heat treatment of tourmaline and its multi-function on purifying water, J. Jilin Univ. Earth Sci. Ed., 41(2011), No. 11, p. 235. G.J. Zhou, H. Liu, K.R. Chen, X.H. Gai, C.C. Zhao, L.B. Liao, K. Shen, Z.J. Fan, and Y. Shan, The origin of pyroelectricity in tourmaline at varying temperature, J. Alloys Compd., 744(2018), p. 328. Y.H. Di, F. Yuan, X.T. Ning, H.W. Jia, Y.Y. Liu, X.W. Zhang, C.Q. Li, S.L. Zheng, and Z.M. Sun. Functionalization of diatomite with glycine and amino silane for formaldehyde removal, Int. J. Miner. Metall. Mater., 29(2022), No. 2, p. 356. J.I. Knarud, S. Geving, and T. Kvande, Moisture performance of interior insulated brick wall segments subjected to wetting and drying — A laboratory investigation, Build. Environ., 188(2021), art. No. 107488. R.Q. Gao, Y.M. Gu, H. Cao, X.J. Cao, X.N. Wang, L.J. Zhang, and Z.T. Shi, Preparation of tourmaline modification diatomite-based interior wall material and removal effect on formaldehyde, J. Light. Ind., 33(2018), No. 2, p. 7. X.Y. Gu, Mechanism of High Temperature Phase Transformation and Interfacial Migration of Tourmaline Particles and Their Effects on Ceramic Properties [Dissertation], Hebei University of Technology, Tianjin, 2017. J.G. Xu, Y.Q. Kuang, B. Zhang, Y.G. Liu, D.W. Fan, X.D. Li, and H.S. Xie, Thermal equation of state of natural tourmaline at high pressure and temperature, Phys. Chem. Miner., 43(2016), No. 5, p. 315. B. Gullu and Y.K. Kadioglu, Use of tourmaline as a potential petrogenetic indicator in the determination of host magma: CRS, XRD and PED-XRF methods, Spectrochim. Acta Part A, 183(2017), p. 68. Q. Sun, Studies on Processing and Applied Foundation of Tourmaline Mineral Material [Dissertation], Jilin University, Jilin, 2010. N. Li, J.Q. Zhang, C.P. Wang, and H.W. Sun, Enhanced photocatalytic degradation of tetrabromobisphenol A by tourmaline-TiO2 composite catalyst, J. Mater. Sci., 52(2017), No. 12, p. 6937. F. Wang, J.P. Meng, J.S. Liang, B.Z. Fang, and H.C. Zhang, Insight into the thermal behavior of tourmaline mineral, JOM, 71(2019), No. 8, p. 2468. L.B. Liu and D.L. He, Heat treatment and microstructure characteristics of Foitite tourmaline, Trans. Mater. Heat Treat., 33(2012), No. 3, p. 16. J.B. Zhu and H. Yan, Microstructure and properties of mullite-based porous ceramics produced from coal fly ash with added Al2O3, Int. J. Miner. Metall. Mater., 24(2017), No. 3, p. 309. Y.H. Dong, C.A. Wang, and J. Zhou, Effect of YSZ fiber addition on microstructure and properties of porous YSZ ceramics, J. Mater. Sci., 47(2012), No. 17, p. 6326. L.V. Morozova, M.V. Kalinina, and O.A. Shilova, Preparation and properties of porous ceramics based on alumomagnesium spinel and zirconium dioxide, Inorg. Mater. Appl. Res., 8(2017), No. 5, p. 781. Y. Wen, H.N. Huang, G.T. Zhang, X.C. Huang, J.Q. Yang, and Y.G. Dai, Research progress in the performance and application of tourmaline materials, Ceramics, 2019, No. 2, p. 17. P. Thongnopkun and P. Naowabut, Effect of heat treatment on Madagascar dravite tourmaline: UV-visible and diffuse reflectance infrared spectroscopic characterization, J. Appl. Spectrosc., 85(2018), No. 4, p. 616. C.C. Zhao, L.B. Liao, Z.G. Xia, and X.N. Sun, Temperature-dependent Raman and infrared spectroscopy study on iron-magnesium tourmalines with different Fe content, Vib. Spectrosc., 62(2012), p. 28. T. Nakamura and T. Kubo, Tourmaline group crystals reaction with water, Ferroelectrics, 137(1992), No. 1, p. 13. Z.J. Ji, Studies on the Spontaneous Polarity of Tourmaline and Its Applied Foundation [Dissertation], China Building Materials Academy, Beijing, 2003. W.W. Li, R.H. Wu, and Y. Dong, Study on infrared spectra and infrared radiation characteristics of tourmaline, Geol. J. China Univ., 14(2008), No. 3, p. 426. X.H. Gai, Effect of Rare Earth Complex on Negative Oxygen Ion Release and Infrared Radiation Characteristics of Tourmaline [dissertation], China University of Geosciences, Beijing, 2018. J. Liu, Y.H. Qin, S. Yuan, P. Gao, and Q.Q. Nie, Investigation on the mechanism of water activated via tourmaline powder, J. Mol. Liq., 332(2021), art. No. 115854. Y. Ahn, J. Seo, and J. Park, Electronic and vibrational spectra of tourmaline — The impact of electron beam irradiation and heat treatment, Vib. Spectrosc., 65(2013), p. 165.