一種空氣殺菌凈化器及其使用的光催化薄膜制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到空氣凈化殺菌的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種空氣殺菌凈化器及其使 用的光催化薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，空氣污染對人類生存造成的威脅已為大眾所 知，特別是室內(nèi)空氣污染與人的生活息息相關(guān)。據(jù)調(diào)查表明，室內(nèi)空氣污染程度遠(yuǎn)大于室 外，特別是人口密集，環(huán)境相對密封的地方，隨著時間的積累，空氣中有著許多有害的物質(zhì) 和細(xì)菌，嚴(yán)重的危害到人體的健康。因此空氣殺菌凈化技術(shù)研究已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，光催化被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的空氣凈化技術(shù)之一，目前用于光 催化劑的多為N型半導(dǎo)體，其中TiO2因其具有無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、廉 價易得等優(yōu)點是目前最常用的光催化劑。傳統(tǒng)做法是在鐵絲網(wǎng)、鎳網(wǎng)、銅網(wǎng)等表面鍍上TiO 2 薄膜，即將以上金屬網(wǎng)浸泡在TiO2醇或水溶液中，再拿出加熱，形成TiO2薄膜。該方法產(chǎn)生 的TiO 2薄膜顆粒在金屬網(wǎng)上的粘結(jié)性很差，在高溫加熱形成TiO2薄膜的過程中，大量顆粒 會剝落，造成金屬網(wǎng)表面的有效TiO 2薄膜納米顆粒很少。在之后的使用過程中，任何風(fēng)吹振 動等都會造成更多TiO2顆粒剝落，這樣，整個材料的光催化效率會不斷下降。且TiO 2是一 種寬禁帶半導(dǎo)體（金紅石3. OeV，銳鈦礦3. 2eV)，只能吸收紫外光，而紫外光只占太陽能量 的4%，因此，TiO2對太陽光的利用率很低；同時紫外光激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生光生電子和空穴，光 生電子和空穴與附著于TiO 2上的有機(jī)污染物發(fā)生作用，將其降解為無機(jī)小分子物質(zhì)，但是， 光生電子和空穴的復(fù)合速率遠(yuǎn)大于與有機(jī)物發(fā)生作用的速率，這樣大大地降低TiO 2的光催 化效率。因此，一種能夠同時提高傳統(tǒng)光催化劑的吸附量和光催化效率的高效擔(dān)載材料是 發(fā)展和應(yīng)用光催化技術(shù)所需要的。
[0004] 石墨烯是一種單層碳原子的石墨材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、機(jī)械性能以及大的 比表面積和吸附性能，因此利用石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)，將TiO2顆粒復(fù)合生長于石墨烯片層上， 既能增大TiO 2的光催化面積，又能增大光生載流子的傳輸速率，大大力高TiO2的光催化效 率。因此，通過石墨烯與半導(dǎo)體光催化材料復(fù)合的石墨烯復(fù)合光催化劑粉體是一種具有高 吸附量和高催化活性的新型光催化材料。但二維石墨烯易團(tuán)聚，難分散，很難獲得高比表面 積的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種空氣殺菌凈化器，結(jié)構(gòu)簡單，凈化殺菌速率快，無二次 污染的產(chǎn)生，能夠有效的去除空氣中有害的氣體和有害細(xì)菌，且具有便于攜帶的特點。
[0006] 為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種空氣殺菌凈化器，包括外殼、離心裝置和光催化裝置，所述離心裝置和光催化 裝置位于外殼內(nèi)，所述離心裝置位于光催化裝置上方，所述外殼設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口；所述 光催化裝置包括光源和光催化薄膜，所述光源位于光催化薄膜內(nèi)，所述光催化薄膜包括基 底層、三維石墨烯層、TiO2納米薄膜層和納米銀層，所述三維石墨烯層位于基底層和TiO2納 米薄膜層中間，所述納米銀層位于TiO2納米薄膜層之上。
[0008] 其中，所述光催化薄膜裝置還包括光催化薄膜安裝網(wǎng)板，所述光催化薄膜安裝在 光催化薄膜安裝網(wǎng)板上。
[0009] 其中，所述空氣殺菌凈化器還包括過濾裝置，所述過濾裝置位于光催化薄膜的外 側(cè)，包括立體網(wǎng)板和活性炭海綿，所述活性炭海綿包裹立體網(wǎng)板。
[0010] 其中，所述光源為LED燈，所述LED燈優(yōu)選為紫外光LED燈。
[0011] 其中，所述基底層為孔徑為0. 01-0. 6mm的鎳網(wǎng)或銅網(wǎng)。
[0012] 本發(fā)明還提供一種光催化薄膜制備方法，包括如下：在基底層上沉積三維石墨烯 層：800~1300°C條件下，在保護(hù)氣和氫氣中，去除基底層表面氧化物層后再通入碳源氣 體，2-10min后關(guān)閉碳源，將樣品迅速冷卻至室溫，關(guān)閉保護(hù)氣和氫氣；在三維石墨烯層上 沉積TiO 2納米薄膜層：在冰浴下，將鈦酸四丁酯緩慢攪拌滴加到乙醇或水中，滴加速率控 制在l-2ml/min，超聲混合均勻后，再將第一步的樣品放入反應(yīng)液中，在80-160°C下水熱反 應(yīng)；高溫退火得到基底層/三維石墨烯層/TiO 2納米薄膜層：通入保護(hù)氣，將上述反應(yīng)得到 的樣品清洗、干燥，然后加熱至350-60(TC反應(yīng)0. 5-3h再將其緩慢冷卻，得到基底層/三 維石墨烯層/TiO2納米薄膜層；在TiO2納米薄膜層上沉積納米銀層：將上述得到的基底 層/三維石墨烯層/TiO 2納米薄膜層用0. 1 % wt-5 % WtAgNO3或其他含Ag+的溶液，浸泡 10-120min，后加溫至200-40(TC，在TiO 2納米薄膜層表面形成納米銀層。
[0013] 其中，所述在基底層上沉積三維石墨烯層中，所述碳源氣體為甲烷、甲醇、乙醇、 乙烷或乙炔中的一種或多種，所述碳源氣體為甲烷或乙烷時碳源氣體的流速為I-IOs. c.c.m.;所述碳源氣體為甲醇或乙醇時，用1-lOs.c.c.m.的保護(hù)氣鼓泡；所述保護(hù)氣為氬 氣或氖氣，所述保護(hù)氣流速為300-600s. c. c. m.;所述氫氣的流速為100-300s. c. c. m.。
[0014] 其中，所述在三維石墨烯層上沉積TiO2納米薄膜層的步驟中，所述滴加的鈦酸四 丁酯占乙醇質(zhì)量的15-25% ;所述乙醇溫度控制在0-5°C，所述反應(yīng)時間為4-24h。
[0015] 其中，所述高溫退火得到光催化薄膜步驟中，所述干燥溫度為50-80°C，所述干燥 條件為真空下，所述干燥時間為3-4h ;所述加熱溫度優(yōu)選500°C。
[0016] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，使用過濾裝置和光催化薄膜裝置雙重凈化殺菌，能有 效去除空氣中的有害氣體和細(xì)菌。使用LED燈作為催化光源，提高了光催化效率。光催化 薄膜采用基底層/三維石墨烯層/TiO 2納米薄膜層/納米銀層，將TiO2納米顆粒均勻分布 于三維石墨烯層表面，分散性好，既避免了自身粒子的團(tuán)聚，也有效防止了石墨烯片層的重 堆積，納米復(fù)合材料所特有的結(jié)構(gòu)使其具有很好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的光催化活性。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明空氣殺菌凈化器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明空氣殺菌凈化器的光催化薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明空氣殺菌凈化器的空氣殺菌凈化流動示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點更加的清晰，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明 的【具體實施方式】做出更為詳細(xì)的說明，在下面的描述中，闡述了很多具體的細(xì)節(jié)以便于充 分的理解本發(fā)明，但是本發(fā)明能夠以很多不同于描述的其他方式來實施。因此，本發(fā)明不受 以下公開的具體實施的限制。
[0021] 一種空氣殺菌凈化器，如圖1、圖2所示，包括外殼1、離心裝置2和光催化裝置3， 所述離心裝置2和光催化裝置3位于外殼1內(nèi)，所述離心裝置2位于光催化裝置3上方，所 述外殼1設(shè)有進(jìn)氣口 11和出氣口 12 ;所述光催化裝置3包括光源31和光催化薄膜32,所 述光源31位于光催化薄膜32內(nèi)，所述光催化薄膜32包括基底層321、三維石墨烯層322、 TiO2納米薄膜層323和納米銀層324,所述三維石墨烯層322位于基底層321和TiO2納米 薄膜層323中間，所述納米銀層324位于TiO 2納米薄膜層323之上。其中，所述光催化薄膜 裝置3還包括光催化薄膜安裝網(wǎng)板33,所述光催化薄膜32安裝在光催化薄膜安裝網(wǎng)板33 上。所述空氣殺菌凈化器還包括過濾裝置4,所述過濾裝置4位于光催化薄膜3的外側(cè)，包 括立體網(wǎng)板41和活性炭海綿42,所述活性炭海綿42包裹立體網(wǎng)板41。其中，所述光源31 為LED燈，所述LED燈優(yōu)選為紫外光LED燈；所述基底層321為孔徑為0. 01-0. 6_的鎳網(wǎng) 或銅網(wǎng)。
[0022] 本發(fā)明使用的光催化薄膜32制備方法包括如下：
[0023] S1，在基底層321上沉積三維石墨烯層322 :800~130(TC條件下，在保護(hù)氣和氫 氣中，去除基底層表面氧化物后再通入碳源氣體，2-10min后關(guān)閉碳源，將樣品迅速冷卻至 室溫，關(guān)閉保護(hù)氣和氫氣；其中，所述碳源氣體為甲烷、甲醇、乙醇、乙烷或乙炔中的一種或 多種，所述的碳源氣體為甲烷或乙烷時碳源氣體的流速為1-lOs. c.c.m.;所述的碳源氣體 為甲醇或乙醇時，用1-lOs.c.c.m.的保護(hù)氣鼓泡；所述保護(hù)氣為氬氣或氖氣，所述的保護(hù) 氣流速為300-600s. c. c. m.;所述的氫氣的流速為100-300s. c. c. m.;
[0024] S2,在三維石墨烯層322上沉積TiO2納米薄膜層323 :在冰浴下，將鈦酸四丁酯緩 慢攪拌滴加到乙醇或水中，滴加速率控制在l_2ml/min，超聲混合