專利名稱：銀/銅改性K₄Nb₆O₁₇薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化薄膜，尤其是涉及一種對(duì)細(xì)菌有高效滅活能力的光催化薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
人類的生活一直遭受著生物污染的威脅，例如威脅我們飲水安全的細(xì)菌中以大腸桿菌最為常見，致病性大腸桿菌常常通過人畜腸道呼吸道，甚至通過粘膜進(jìn)入血液引發(fā)的疾病，如敗血癥、氣囊炎和心包炎等，若不加以嚴(yán)格管理和適當(dāng)處理將會(huì)對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。我國(guó)的排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于如醫(yī)院類的一些細(xì)菌污水排放高的單位有特殊的規(guī)定和要求。我們也迫切地需要有效地控制細(xì)菌污染。光催化滅活細(xì)菌技術(shù)相比傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑例如氯、臭氧處理，光催化滅活細(xì)菌是一種高效，安全，經(jīng)濟(jì)的選擇，得以快速的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)TiO2光催化材料在紫外燈照射下可以有效的去除水體的細(xì)菌，所以傳統(tǒng)的光催化法利用TiO2作為光催化材料來(lái)去除水中的細(xì)菌，但是紫外光能量只占入射太陽(yáng)光能量的4%，此外紫外線對(duì)人體有傷害，且耗能高制約了其進(jìn)一步發(fā)展。K4Nb6O17是一種優(yōu)秀的光催化材料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可以更好的利用可見光存在的能量，相比傳統(tǒng)的光催化劑具有巨大的優(yōu)勢(shì)，是一種有前途的催化材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種銀/銅改性的K4Nb6O17薄膜，對(duì)K4Nb6O17進(jìn)行改性，以提高其對(duì)細(xì)菌的滅活效果。所得薄膜在可見光照射下通過銀/銅納米復(fù)合材料協(xié)同K4Nb6O17的光催化效果顯著減少細(xì)菌的活性。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法。一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，步驟如下
(1)取99.99%純度的K2CO3和Nb2O5,混合研磨；
(2)將研磨后的混合物以800°C煅燒4 5小時(shí)后，再研磨至粉末狀，再以1000°C煅燒4 5小時(shí)得到K4Nb6O17 ；
(3)將CuSO4· 5H20、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮?dú)夥諊聰嚢?0 30min ；Cu =K4Nb6O17 H20=5 20 1000 10000 (質(zhì)量比);聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量為溶
液總質(zhì)量3 5% ；
(4)添加硼氫化鈉，并在氮?dú)猸h(huán)境下反應(yīng)20 30min;所得產(chǎn)物離心洗滌、烘干；按照每升溶液中添加3 5mol的比例投加硼氫化鈉；步驟(4)烘干溫度60°C、時(shí)間12小時(shí)以上；
(5)投加相當(dāng)于K4Nb6O17質(zhì)量O.5% 2%的Ag，重復(fù)步驟(3) (4)所得物質(zhì)經(jīng)過離心洗滌后的產(chǎn)物干燥至粘稠狀；
(6)將上述合成的粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，80°C下烘干后從載體表面取下再以400 500。。烘烤60 90min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。涂抹的比例為O. 20
O.30g/cm2，所述的載體是玻璃。
原理表述本發(fā)明提供的制備方法通過分別將Ag、Cu的化合物在聚乙烯吡咯烷酮的保護(hù)下進(jìn)行硼氫化鈉還原和熱處理。制成了 Ag、Cu納米材料均勻分散的K4Nb6O17薄膜。Ag,Cu納米材料抑制了催化中電子空穴結(jié)合，提高了 K4Nb6O17薄膜的光催化效果。協(xié)同Ag、Cu自身對(duì)細(xì)菌的滅火特性,大大加強(qiáng)了所制成薄膜的滅菌效果。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
I.對(duì)細(xì)菌有著高效的滅活能力以大腸桿菌為例，可在45min內(nèi)達(dá)到對(duì)大腸桿菌超過99%滅活能力,有著最出色的催化能力。2.銀/銅改性K4Nb6O17薄膜可重復(fù)使用，使用周期長(zhǎng)，清潔方便，可成批生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。3.銀/銅改性K4Nb6O17薄膜能夠快速達(dá)到對(duì)細(xì)菌的去除效果，依賴可見光，能耗低，對(duì)水質(zhì)中細(xì)菌的滅活具有顯著效果，可改善水體有重大的應(yīng)用前景。


圖I為實(shí)施例I所得銀/銅改性1(4他6017薄膜的掃描電鏡示意圖，放大倍數(shù)為2000倍；I- K4Nb6O17聚合物顆粒。說(shuō)明經(jīng)過熱處理，K4Nb6O17聚合物形成顆粒物載體,是浮著金屬Cu、Ag納米材料基礎(chǔ)。圖2、3為對(duì)實(shí)施例I所得薄膜的光電子能譜分析圖，其中圖2的波峰顯示金屬Cu納米材料在K4Nb6O17薄膜上廣泛存在；圖3的波峰顯示金屬Ag納米材料在K4Nb6O17薄膜上廣泛存在。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，步驟如下
(1)取按7 10的摩爾比將99. 99%純度的K2CO3和Nb2O5,混合研磨；
(2)將研磨后的混合物以800°C煅燒5小時(shí)后，再研磨至粉末狀，再以1000°C煅燒5小時(shí)得到K4Nb6O17 ；
(3)將CuSO4 ·5Η20、步驟(2)制得的 K4Nb6O17 和水以 Cu =K4Nb6O17 Η20=5 1000 :10000 的質(zhì)量比混合,并添加相當(dāng)溶液總質(zhì)量3%的聚乙烯吡咯烷酮，在氮?dú)夥諊聰嚢?0min ；
(4)按照每升溶液中添加4mol的比例投加硼氫化鈉，并在氮?dú)猸h(huán)境下反應(yīng)20min。所得產(chǎn)物離心洗滌、60°C干燥12小時(shí)；
(5)投加相當(dāng)于K4Nb6O17質(zhì)量O.5%的Ag，重復(fù)步驟(3) (4)所得物質(zhì)經(jīng)過離心洗滌后的產(chǎn)物在60°C下干燥至粘稠狀；
(6)將上述合成的粘稠狀聚合物以O(shè).25g/cm2的比例均勻涂抹于玻璃片表面，80°C下烘干后從玻璃片表面取下再以400°C烘烤70min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。實(shí)施例2
使用銀/銅改性K4Nb6O17薄膜去除實(shí)驗(yàn)室中大腸桿菌在催化薄膜上均勻放上一層大腸桿菌培養(yǎng)基，其中大腸桿菌的濃度為3. OXlO7 CFU/ml，在2盞IOW熒光燈照射下，經(jīng)過45min,滅活大腸桿菌超過99%。實(shí)施例2至4各步驟的工藝參數(shù)以及添加組份的比例見表I :
權(quán)利要求
1.一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，步驟如下 (1)取99.99%純度的K2CO3和Nb2O5,混合研磨； (2)將研磨后的混合物以800°C煅燒4 5小時(shí)后，再研磨至粉末狀，再以1000°C煅燒4 5小時(shí)得到K4Nb6O17 ； (3)將CuSO4· 5H20、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮?dú)夥諊聰嚢?0 30min ； (4)添加硼氫化鈉，并在氮?dú)猸h(huán)境下反應(yīng)20 30min;所得產(chǎn)物離心洗滌、烘干； (5)投加相當(dāng)于K4Nb6O17質(zhì)量O.5% 2%的Ag，重復(fù)步驟(3) (4)所得物質(zhì)經(jīng)過離心洗滌后的產(chǎn)物干燥至粘稠狀； (6)將上述合成的粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，80°C下烘干后從載體表面取下再以400 500°C烘烤60 90min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(I)K2CO3 =Nb2O5J 10 摩爾比。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(3)中Cu =K4Nb6O17 H20=5 20 1000 10000 (質(zhì)量比);聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量為溶液總質(zhì)量3 5% ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(4)按照每升溶液中添加3 5mol的比例投加硼氫化鈉；步驟(4)烘干溫度60°C、時(shí)間12小時(shí)以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(6)以O(shè).20 O. 30g/cm2的比例將粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，所述的載體是玻璃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型的銀/銅改性K4Nb6O17的制備方法,步驟如下取99.99%純度的K2CO3和Nb2O5，混合研磨；將研磨后的混合物以800℃煅燒4～5小時(shí)后，再研磨至粉末狀，再以1000℃煅燒4～5小時(shí)得到K4Nb6O17；將CuSO4·5H2O、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮?dú)夥諊聰嚢?0～30min；添加硼氫化鈉，并在氮?dú)猸h(huán)境下反應(yīng)20～30min；所得產(chǎn)物離心洗滌、烘干；投加相當(dāng)于K4Nb6O17質(zhì)量0.5%～2%的Ag，重復(fù)步驟(3)(4)所得物質(zhì)經(jīng)過離心洗滌后的產(chǎn)物干燥至粘稠狀；將上述合成的粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，80℃下烘干后從載體表面取下再以400～500℃烘烤60～90min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。本發(fā)明所得薄膜對(duì)細(xì)菌的滅活性能好對(duì)用水水質(zhì)的改善能起到積極作用。
文檔編號(hào)A01P1/00GK102939994SQ201210488518
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者李軼, 李林澤, 王大偉, 張文龍, 胡磊 申請(qǐng)人:河海大學(xué)