一、研究意义

人们有将近80%的时间在室内度过,室内环境与人们的健康和工作效率息息相关。甲醛于 2017 年被列入I类致癌清单[1]和有毒有害水污染物名录中,因其在日常生活中的普遍性及对人体生理健康的影响,成为了室内空气品质控制领域的一个研究热点。据研究,甲醇对感官和呼吸系统有强烈的刺激性,长时间暴露会引起流泪、呼吸困难以及头痛恶心、肺气肿和肺癌等症状和疾病[2]，尤其对儿童有很大的影响,极易引起哮喘[3]。Salonen的研究表明相对于常见的挥发性有机气体混合物,甲醛更能有效地引起感官刺激[4]。因此，研究低成本、高灵敏度且易操作的甲醛气体传感器对人们的健康生活至关重要[5]。

二、研究背景与现状

甲醛是一种无色、有强烈刺激性和窒息性气味的挥发性有机化合物，并且其蒸汽易与空气混合形成爆炸性混合物，燃点约为 300°C，爆炸极限为 7%~73%（V/V）[6]在目前对甲醛去除方法的研究中,主要使用了光催化法、等离子法、吸附法等[7]。研究者们开发了多种多孔的吸附材料，如活性炭、沸石、金属有机框架（MOFs）和氮掺杂碳材料。这些材料因其高比表面积和优良的孔结构，表现出良好的甲醛吸附性能。通过在材料中引入不同的修饰相，制备出复合吸附剂，提升甲醛的选择性和吸附容量。例如，将MOFs与聚合物结合，形成具有更强机械强度和稳定性的复合材料。

目前，国内外对智能响应型纳米凝胶载体用于甲醛吸附的研究呈现出蓬勃发展的态势。国外研究重点在于纳米材料的合成和表面改性，以提高载体的吸附效率和循环利用率，同时探索智能释放技术，实现对甲醛等有害气体的精准控制。国内研究则集中在材料性能优化和工程应用方面，致力于开发成本低廉、高效吸附、安全环保的纳米凝胶载体，以满足市场需求。

未来的发展趋势将更加注重智能化和环保性能，包括提高载体的智能响应性能，优化吸附动力学和热力学性质，探索多功能化纳米载体的设计与制备。同时，国际合作将促进技术交流与创新，推动智能纳米凝胶载体在空气净化领域的应用与推广，为改善室内空气质量和保障人们健康生活做出更大贡献。

三、研究思路

1、纳米材料选择与制备：首先，进行广泛的文献综述和实验比较，选择适合的纳米材料作为载体基础，并优化制备工艺。例如二氧化钛作为一种光活性材料，具有化学性质稳定、催化活性高、价格便宜、来源广泛、无毒无害等优异的特性。其在能源和环境方面，例如空气净化、催化剂、光降解有机物等方面有着广阔的应用前景。

2、表面改性与功能化：进行纳米载体的表面改性和功能化处理，以增强其智能响应性能和循环利用率，提高吸附效率。如上述例子，二氧化钛材料由于比表面积较小，其催化反应的动力学迟缓，因此降低了其催化反应的速率，严重阻碍了其在催化领域的实际应用。因此可以以二氧化硅气凝胶为骨架，二氧化钛气凝胶为光触媒除甲醛功能体。改善了二氧化钛气凝胶比表面积较低，光催化反应活性位点较低的缺点。 复合光触媒气凝胶在紫外光及可见光的作用下，能充分讲解空气中有毒有害气体。

3、吸附性能评价体系建立：建立吸附性能评价体系，研究载体在不同条件下对甲醛吸附效率的影响机制，优化吸附效率。

4、智能释放与再生机制研究：探索载体的智能释放和再生机制，实现对有害气体的精准控制，提高技术的智能化水平。

5、工程应用可行性研究：研究载体在工程应用中的可行性，包括填料设计、设备集成等方面，确保技术实际应用于空气净化领域

四、前期准备

1、先在网上查阅相关的文献和资料，了解甲醛的一系列物理性质和化学性质，并对其吸附原理进行相关的调查研究。要求知道甲醛吸附的原理以及操作，并且通过文献资料中的数据对比，分析如何能对甲醛的吸附达到最大化以及最安全化。

2、根据不同文献资料中，选出几个较为合适的材料以用于制作纳米凝胶载体，并充分了解纳米凝胶载体的吸附原理与制作工艺

参考文献：

[1] WANG Yong-Jing, YU Liang-Lang, QIN Qin, WANG Hai-Tao, JIANG Ji-Zhou. J. Wuhan Inst. Technol.2022,44(5): 482-489,503.王永靖, 余良浪, 秦琴, 王海涛, 江吉周. 武汉工程大学学报, 2022, 44(5): 482-489, 503.

[2] Cogliano V J, Grosse Y, Baan R A, et al. Meeting report: summary of IARC monographs on formaldehyde, 2-butoxyethanol, and 1-tert-butoxy-2-propanol [J]. Environ. Health. Persp., 2005,113(9):1205-1208.

[3] McGwin G, Lienert J, Kennedy JI. Formaldehyde exposure and asthma in children: A systematic review [J]. Environmental Health Perspectives, 2010,118(3):313.

[4] Salonen H J, Pasanen A L, Lappalainen S K, et al. Airborne Concentrations of Volatile Organic Compounds, Formaldehyde and Ammonia in Finnish Office Buildings with Suspected Indoor Air Problems [J]. J. Occup. Environ. Hyg., 2009,6(4):239-247.

[5] LI Na, GUO Zeng-Li, CHI Ling-Yi, YANG Li-Zhuo, MA Zhi-Yong, FU Zhi-Jie. J. Shandong Univ. (Health Sci. ), 2022,60(11): 54-62, 101.李娜, 郭增丽, 迟令懿, 杨立卓, 马志勇, 付志婕. 山东大学学报(医学版), 2022, 60(11): 54-62, 101

[6] LIU Yue-Hui, WANG Hong-Li, LU Ke-Ding. Acta Sci. Nat. Univ. Pekin. , 2023, 59(2): 331-343.刘跃辉, 王红丽, 陆克定. 北京大学学报(自然科学版), 2023, 59(2): 331-343

[7] Miyawaki J, Lee G H, Yeh J, et al. Development of carbon supported hybrid catalyst for clean removal of formaldehyde indoors [J].Catal Today,2012,185(1):278-283.

一、主要研究内容

1、材料选择与制备：详细描述所使用的生物可降解高分子材料种类及其制备工艺。智能响应机制设计：阐述如何引入温度、pH值、光照等外界因素响应机制，使纳米凝胶具备智能响应特性。

功能性改性：说明如何通过表面改性或负载催化剂等方式提高纳米凝胶的吸附和降解性能。

2、性能测试与评价：制定具体的测试方案，包括物理化学表征、吸附性能评估、降解能力测试及安全性评价等。

二、重点和难点

1、提高载体的吸附效率和智能响应性能，解决甲醛等有害气体处理中的关键技术问题。

2、纳米材料的选择与功能化、智能释放与再生机制的研究等方面涉及的科学问题和工程应用难题。

三、研究思路和方法

主要目标：开发出一种具有智能响应性的纳米凝胶载体，能够在不同环境条件下自动调节甲醛吸附能力。

1、纳米材料选取：通过文献综述和实验比较，选择合适的纳米材料作为载体基础。

2、制备与表面改性：优化制备工艺，采用适当的表面改性方法，增强载体的吸附性能和智能响应性能。

3、吸附性能评价：建立实验评价体系，研究吸附性能影响因素，优化载体吸附效率。

1、通过改变通过表面改性或负载催化剂等方式提高纳米凝胶的吸附和降解性能，最终选出最佳的反应条件来提高纳米凝胶载体对甲醛的吸附性。

2、通过改变温度、pH值、光照等外界因素响应机制，开发出一种化学性质稳定的智能响应的载体，能够在不同环境条件下自动调节甲醛吸附能力，更安全地去除甲醛，改善室内空气质量，为室内空气净化提供全方位解决方案。

技术路线方面，首先将针对智能响应型纳米凝胶载体的制备工艺进行优化，包括纳米材料的选择、合成方法和表面改性等关键技术。其次，将建立载体的吸附性能评价体系，探索载体在不同条件下对甲醛吸附效率的影响机制，以实现智能释放和再生。最后，将探索载体在工程应用中的可行性，包括载体填料的设计与制备、空气净化设备的集成等方面，以实现对甲醛等有害气体的安全高效处理。

拟解决的问题主要包括：1. 提高载体的吸附效率和循环利用率，降低处理成本；2. 提升载体的智能响应性能，实现对甲醛等有害气体的精准控制；3. 确保载体材料的安全性和环保性，减少对环境和人体的危害。

预期结果将是开发出一种具有高效吸附、智能释放和再生功能的智能响应型纳米凝胶载体，能够在室内空气净化领域发挥重要作用。通过该载体的应用，预计可以显著改善室内空气质量，降低甲醛等有害气体对人体健康的影响，为人们营造更健康、舒适的居住和工作环境。

作为一个大学生创新训练类项目，本研究团队预期获得一种或多种性能优异的纳米凝胶材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性，且能有效吸附和降解甲醛，并根据此项目成果的实用性拟申请专利1项。至少在国内外核心期刊发表学术论文一至二篇或者申请专利。同时，项目团队将积极参加“互联网+”大赛和挑战杯等竞赛活动，力争获奖等

（1）2024.12-2025.01：

查阅资料，阅读文献。学习纳米凝胶的理论知识，了解相关机理、实验方法以及研究方向；

（2）2025.02-2025.03：

1、深入学习研究与课题相关的文献，掌握实验原理和实验流程并设计实验方案

2、熟悉实验室操作流程，学习课题相关制备、表征以及测试方法；

（3）2025.04-2025.06：

1、定向查阅相关文献

2、合成对甲醛具有智能性响应响应的凝胶基元

3、利用相关表征手段揭示纳米凝胶组装的过程机制；

（4）2025.07-2025.08：

1、分析处理实验数据并得出结论

2、完成中期项目报告的提交，准备中期检查；

（5）2025.09-2026.03：

1、定向查阅相关文献

2、进一步开展酶催化超分子凝胶组装调控相关研究，分析处理实验数据，总结项目实验结果

3、或将进行学术论文的准备与撰写；

（6）2026.04-2026.06：

1、完成各项实验数据的分析统计和成果性能的检验，填写项目结题报告

2、对有应用价值的成果进行专利申请

3、参加结题答辩并力求成果推广。