本發(fā)明屬于氣相污染物凈化處理與節(jié)能資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及Pt/TiO₂-ZnO納米復(fù)合催化劑、及光電催化功能膜組件的制備，及其光電催化協(xié)同作用，分解凈化污染物且產(chǎn)生電能，同時(shí)對(duì)空氣中VOCs的降解起到促進(jìn)作用，有助于提高空氣質(zhì)量，為治理室內(nèi)空氣污染起到促進(jìn)作用。

背景技術(shù)：

催化氧化甲醛的操作溫度通常遠(yuǎn)高于室溫，難以滿足室內(nèi)空氣凈化所需的常溫常壓、能耗低的要求,因此只有開(kāi)發(fā)出室溫、常壓下能完全氧化甲醛為H₂O和CO₂的材料,才有希望實(shí)現(xiàn)催化氧化技術(shù)在室內(nèi)空氣甲醛凈化方面的實(shí)際應(yīng)用.室內(nèi)污染物甲醛的濃度一般較低，如何提高低濃度下污染物的去除效果，成為了研究者的研究焦點(diǎn)。不同的凈化方法(植物生態(tài)法，物理吸附法，臭氧氧化法，光催化技術(shù)，熱催化氧化技術(shù))，在能夠發(fā)揮凈化作用的同時(shí)都存在著各自的局限性。目前，將Pt/TiO₂-ZnO光電催化引入電光協(xié)同反應(yīng)中去除室內(nèi)甲醛的報(bào)道還未出現(xiàn)。

為了提高室內(nèi)低濃度條件下污染物的去除效果，實(shí)驗(yàn)前期將光催化技術(shù)和電催化技術(shù)相結(jié)合，將Pt/TiO₂-ZnO催化劑引入光電協(xié)同反應(yīng)器中，以達(dá)到去除污染的目的，賀泓組研究負(fù)載型貴金屬催化劑用于室溫催化氧化甲醛和室內(nèi)空氣凈化中，將Pt/TiO₂催化劑在室溫下去除甲醛，有較好的去除效果。目前，以Pt/TiO₂-ZnO作催化劑，將此二者技術(shù)相結(jié)合，大大的降低了室內(nèi)空氣中甲醛的含量，在室內(nèi)空氣凈化技術(shù)中有重要意義。

TiO₂多相光催化在環(huán)保領(lǐng)域內(nèi)的水和氣相有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物的光催化去除方面取得了較大進(jìn)展，被認(rèn)為是一種極具前途的環(huán)境污染深度凈化技術(shù)；TiO₂以其化學(xué)穩(wěn)定性好、無(wú)毒、廉價(jià)易得等特點(diǎn)，被譽(yù)為較為理想的環(huán)境治理光催化劑；納米TiO₂粒子具有比表面積大、擴(kuò)散性好等特性，用TiO₂作載體的催化劑具有活性高、選擇性好、抗中毒性強(qiáng)、低溫活性好、表面酸性可調(diào)、高溫可還原等優(yōu)點(diǎn)；不過(guò)，單一TiO₂在光催化過(guò)程中也存在著一些缺陷，例如，帶隙較寬，只能吸收紫外光和光催化效率較低等.為此，將TiO₂與其他半導(dǎo)體材料復(fù)合的研究逐漸增多；相關(guān)研究顯示，TiO₂與其他半導(dǎo)體材料復(fù)合后，所合成的復(fù)合材料往往比單體具有更好的物理化學(xué)性質(zhì)和光催化活性.

另外，ZnO屬于寬禁帶(3.37eV)半導(dǎo)體材料，其獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性能不僅使其在納米激光器、太陽(yáng)能電池等中得到廣泛的應(yīng)用，而且在光電催化降解有機(jī)污染物的應(yīng)用中也有著顯著的表現(xiàn).同時(shí)，ZnO化學(xué)性能穩(wěn)定，原料豐富，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，也使其成為一種有著廣泛前景的催化材料。應(yīng)該說(shuō)，從半導(dǎo)體禁帶寬度及導(dǎo)帶和價(jià)帶的能級(jí)位置來(lái)看，TiO₂和ZnO是目前比較理想的光催化劑，將TiO₂和ZnO復(fù)合在一定程度上可有效提高其光電催化的性能。

多數(shù)研究結(jié)果表明，負(fù)載Pt等貴金屬能提高二氧化鈦的光催化活性，載鉑還能延長(zhǎng)光催化劑的失活時(shí)間，并且具有很好的導(dǎo)電能力，其納米顆粒的大小光電耦合系統(tǒng)中有助于促進(jìn)氣相污染物的凈化。本申請(qǐng)以Pt/TiO₂-ZnO作為實(shí)驗(yàn)催化劑，希望以此催化劑能夠大大降解氣相污染物，以達(dá)到空氣凈化的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了Pt/TiO₂-ZnO光電催化多功能膜組件，成功構(gòu)建了光電耦合催化凈化系統(tǒng)。該膜不僅可以用作電極，還兼具光催化作用以及導(dǎo)電,整體處理凈化效率大大提高，能耗較低，其污染氣體的濃度大大降低。該系統(tǒng)理論上可降解氣相污染物，擴(kuò)展了負(fù)載型光催化劑的應(yīng)用，以及在處理其他氣象污染物時(shí)提供了一些思路。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

光電耦合促進(jìn)氣相污染物分解凈化方法，步驟如下：

(1)制備納米xPt/TiO₂-ZnO系列復(fù)合物：向ZnSO₄溶液添加甲醇，調(diào)節(jié)pH＝9，再添加鈦酸正四丁酯，攪拌得到白色溶膠；然后，在70℃溫度條件下，攪拌形成白色粉末，干燥碾磨，在500℃溫度條件下煅燒2h，冷卻，碾磨成粉，即為T(mén)iO₂-ZnO；其中，ZnSO₄溶液中的水與加入的甲醇的體積比為1:4，得到的TiO₂-ZnO中Zn/Ti的質(zhì)量比為1/10；將TiO₂-ZnO溶于水中，再加入H₂PtCl₆，攪拌，并調(diào)節(jié)pH＝8，在70℃溫度條件下，加入HCHO，繼續(xù)攪拌2h，得到混合物經(jīng)離心，烘干，研磨，獲得納米xPt/TiO₂-ZnO；其中，H₂PtCl₆與HCHO的體積比為1：3，x為Pt與Ti的質(zhì)量比，0.2～1.0；

(2)光電催化膜組件制備：向步驟(1)制備得到的納米xPt/TiO₂-ZnO系列復(fù)合物中添加0.2g硅溶膠，超聲均勻，將其涂抹于不銹鋼網(wǎng)片上，每平方厘米面積上納米xPt/TiO₂-ZnO系列復(fù)合物的負(fù)載量為3.7mg，放入烘箱干燥，將膜固定在組裝的膜組件上；

(3)光電耦合催化凈化系統(tǒng)構(gòu)建：光電耦合系統(tǒng)通過(guò)質(zhì)子交換膜分為兩室，一室中放有0.5mol/L K₂SO₄溶液作為電解質(zhì)，銅絲插入電解質(zhì)中；另一室中接觸氣相污染物并放置光電催化膜組件和自然光燈，兩極經(jīng)銅導(dǎo)線和外電阻連接，形成電路，自然光燈垂直照射膜電極，模擬太陽(yáng)光。

本發(fā)明的有益效果：該系統(tǒng)集成了光催化凈化和電催化凈化以及光電協(xié)同作業(yè)，降解去除空氣中的室內(nèi)氣相有機(jī)物，尤其是VOCs；對(duì)室內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物實(shí)現(xiàn)有效凈化，該系統(tǒng)中光催化劑能夠很好地保證其不失去活性，并且能夠產(chǎn)電。

附圖說(shuō)明

圖1是電催化(EC)作用下不同的電阻值下，降解凈化甲醛氣體的效果對(duì)比題，圖中，橫坐標(biāo)為時(shí)間(min)，縱坐標(biāo)為甲醛含量(ppm)。

圖2是光催化(PC)，電催化(EC)，光電催化(PEC)耦合三種不同的方式在密閉空間中外電阻作用下處理凈化測(cè)定甲醛氣體去除效果對(duì)比圖。圖中，橫坐標(biāo)為時(shí)間(min)，縱坐標(biāo)為甲醛含量(ppm)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例一：電催化系統(tǒng)處理室內(nèi)甲醛氣體

圓柱系統(tǒng)中放入膜組件，里面注入0.16ppm甲醛氣體，并將膜組件放入甲醛氣體氛圍中，并插入一根銅絲連接電解質(zhì)為0.5mol/L K₂SO₄溶液的陽(yáng)極，將在不銹鋼網(wǎng)上涂覆有催化劑的光電陰極用鱷魚(yú)夾連接膜上方，兩極之間連接不同的外電阻形成電路。反應(yīng)前將小風(fēng)扇打開(kāi)以進(jìn)行均勻混合，反應(yīng)時(shí)，連接電路，每隔15分鐘用甲醛檢測(cè)儀檢測(cè)系統(tǒng)中甲醛濃度，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2h，并計(jì)算甲醛的去除效率。

圖2中，電催化去除效果最佳，為53％。且去除效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于13.4％，39％，29％的去除效率。

實(shí)施例二：光電耦合系統(tǒng)處理室內(nèi)甲醛氣體

在圓柱系統(tǒng)中，將膜組件和自然燈光均放入系統(tǒng)中，用銅絲放入用質(zhì)子交換膜隔開(kāi)的電解質(zhì)陽(yáng)極中，光催化劑接觸系統(tǒng)中的甲醛氣體為光電陰極，用鱷魚(yú)夾連接膜上方，并有外電阻進(jìn)行連接，將自然光燈放入反應(yīng)裝置中，反應(yīng)時(shí)打開(kāi)7.5W220V LED線條燈，反應(yīng)前關(guān)閉電源，通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)小風(fēng)扇進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器中的甲醛氣體混合均，反應(yīng)開(kāi)始后，每隔15min用甲醛檢測(cè)儀進(jìn)行取樣，反應(yīng)共進(jìn)行2h，并計(jì)算甲醛的去除率。

圖2中，有光催化，電催化，光電耦合進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)光電耦合系統(tǒng)在密閉空間去除甲醛的效率(74％)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光催化(42％)和電催化(13％)。