一種室內(nèi)清潔用光催化劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光催化劑技術領域，具體涉及一種能夠用于室內(nèi)空氣凈化的納米二氧 化鈦復合光催化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 1102是迄今為止應用最為廣泛的光催化劑，但單純的TiO 2納米催化劑存在著易凝 聚、對太陽光的利用率低、并且由于微粒細小造成回收困難的問題，而1102塊體或球體表面 的吸附性差，光催化效率低，需要較長時間才能達到對有機物完全降解，因此可以采用具有 大比表面積、多孔的惰性吸附材料（沸石、SiO 2、活性炭等）作為載體，對污染物進行快速的 吸附凈化和表面富聚，是提高光催化活性的有效途徑。
[0003] 在常見的吸附材料中，比較多見的是活性炭和二氧化硅?；钚蕴渴抢媚咎?、木 肩、椰子殼一類的堅實果殼，果核及優(yōu)質(zhì)煤等做原料，經(jīng)過高溫炭化，并通過物理和化學方 法，采用活化、酸性、漂洗等一系列工藝而制成的黑色、無毒、無味的物質(zhì)。但是目前市面上 常見的炭包使用的活性炭都是顆粒狀或粉末狀，只有當活性炭的孔隙結構略大于有害氣體 分子的直徑，能夠讓有害氣體分子完全進入的情況下（過大或過小都不行），才能達到最佳 的吸附效果，因此使用具有局限性。
[0004] 面對目前日益嚴峻的大氣污染以及室內(nèi)裝修過度等問題所造成的室內(nèi)空氣污染， 很有必要研宄開發(fā)適用于室內(nèi)空氣凈化的光催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種適用于室內(nèi)空氣凈化的光催化劑，該光催化劑對有害氣 體有尚效的吸附能力，并能有效提尚有害氣體光降解反應的速率。
[0006] 為了實現(xiàn)本發(fā)明所述目的，發(fā)明人提供了以下技術方案。
[0007] 可控介孔5102與納米二氧化鈦復合活性炭纖維制備室內(nèi)清潔用光催化劑，組成包 括活性炭纖維、介孔二氧化硅、納米二氧化鈦，活性炭纖維、介孔二氧化硅、納米二氧化鈦的 重量比為5: (1~2) : (1~2)，活性炭纖維和介孔二氧化硅作為復合雙載體，納米二氧化鈦 負載于復合雙載體上。
[0008] 活性炭纖維、介孔二氧化硅、納米二氧化鈦的重量比為5:1:1。
[0009] 本發(fā)明還涉及一種上述的光催化劑的制備方法，包括以下操作步驟：
[0010] A.將納米二氧化鈦加去離子水配置成1. 5%的懸浮液，向其中加入六偏磷酸鈉， 超聲振蕩30min，得到納米二氧化鈦懸浮液；
[0011] B.將納米二氧化鈦懸浮液加熱至80-90°C，加入P123和1，3,5-三甲苯，攪拌 30min，攪拌過程中加入0. 2mol/L的似如03溶液，調(diào)節(jié)pH值在8~10,控溫40°C攪拌反應 20h，得到復合納米Ti0 2/Si02溶膠；
[0012] C.將活性炭纖維置于0. 5mol/L的重鉻酸鉀溶液中浸泡24h，隨后用蒸餾水反復沖 洗活性炭纖維至洗滌液無色，再將活性炭纖維置于〇. 5mol/L的雙氧水中浸泡48h，隨后用 蒸餾水沖洗活性炭纖維10次，最后在80°C條件下烘干；
[0013] D.將步驟C處理后的活性炭纖維置于步驟B所得溶膠中，攪拌lh，隨后超聲振蕩 lh，然后將活性炭纖維放入砂芯漏斗中進行真空抽濾，抽濾后的活性炭纖維密封保存2h，最 后在40°C條件下干燥12h，得到110 2凝膠/SiO2活性炭纖維復合體；
[0014] E.將步驟D得到的TiO2凝膠/SiO 2活性炭纖維復合體按照步驟D所述過程重復 操作三次，把最終得到的復合體置于250°C氮氣中熱處理2h，即得到光催化劑。
[0015] 所述步驟A中，每100mL懸浮液加入六偏磷酸鈉的量為0. 5g。
[0016] 所述步驟B中，每100mL納米二氧化鈦懸浮液加入P123的量為0. 2g。
[0017] 所述步驟B中，每100mL納米二氧化鈦懸浮液加入1，3, 5-三甲苯的量為0. 6g。
[0018] 本發(fā)明所述P123為聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物。
[0019] 吸附是由于吸附劑和吸附質(zhì)分子間的作用力引起的，根據(jù)作用力的不同，可分為 物理吸附和化學吸附。物理吸附主要靠分子間的范德華力，把吸附質(zhì)吸附在吸附劑表面，是 可逆過程，只能暫時阻擋污染而不能消除污染。當吸附條件改變，如降低氣相中吸附質(zhì)的分 壓力或提高被吸附氣體的溫度，吸附質(zhì)會迅速解吸。
[0020] 單一吸附技術主要表現(xiàn)為以下三點局限性：1.單一吸附劑大多具有專一性，對某 種或某類組分具有較好的吸附效果，但室內(nèi)空氣組分復雜，所需除去的物質(zhì)種類、濃度不 同，就需要開發(fā)具有較大吸附范圍的新型吸附劑。2.物理吸附存在吸附飽和問題，吸附劑工 作一段時間后吸附能力達到飽和，失去吸附功能?；瘜W吸附隨著吸附劑的消耗，吸附能力也 變?nèi)酢?.吸附劑吸附空氣中的有機物，如不及時清理，可能會成為細菌滋生的場所，造成二 次污染。
[0021] 本發(fā)明利用活性炭纖維與介孔SiO2上負載納米TiO2的方法，將納米110 2負載在上 面形成最外層的光催化層，有機的形成了一個具有層次結構的整體，因而具有以下特點：
[0022] I. TiO2處于最外層，紫外光直接作用在TiO 2光催化劑上，提高光利用率。
[0023] 2.借助活性炭纖維、介孔SiO2的吸附作用，對空氣中極低濃度的污染物進行快速 吸附凈化和表面富集，加快了光催化降解反應的速率，抑制了中間產(chǎn)物的釋放，提高了污染 物完全氧化的速率。
[0024] 3.在制備過程中采用了兩個吸附體：活性炭纖維、介孔SiO2，介孔制備過程中加入 了模板劑P123,可以控制介孔510 2的產(chǎn)物粒徑大小，生產(chǎn)復合要求粒度的介孔SiO 2。
[0025] 4. TiO2的光催化作用促使被活性炭纖維吸附的污染物向TiO 2表面迀移，產(chǎn)生"協(xié) 同效應"，從而實現(xiàn)了活性炭纖維的原位再生，延長其使用周期。
【附圖說明】
[0026] 圖1為納米二氧化鈦對活性炭纖維吸附能力影響的曲線圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合具體實施例對本發(fā)明所述內(nèi)容作進一步詳細的說明。
[0028] 實施例1
[0029] 發(fā)明人對光催化劑的組成舉出了 5組實施方案，見表1，單位：份。
[0030] 表 1
[0031]
【主權項】
1. 可控介孔3102與納米二氧化鈦復合活性炭纖維制備室內(nèi)清潔用光催化劑，其特征在 于，組成包括活性炭纖維、介孔二氧化硅、納米二氧化鈦，活性炭纖維、介孔二氧化硅、納米 二氧化鈦的重量比為5: (1~2) : (1~2)，活性炭纖維和介孔二氧化硅作為復合雙載體，納 米二氧化鈦負載于復合雙載體上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的可控介孔SiO2與納米二氧化鈦復合活性炭纖維制備室內(nèi)清 潔用光催化劑，其特征在于，活性炭纖維、介孔二氧化硅、納米二氧化鈦的重量比為5:1:1。
3. 如權利要求1所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下操作步驟： A. 將納米二氧化鈦加去離子水配置成1. 5%的懸浮液，向其中加入六偏磷酸鈉，超聲 振蕩30min，得到納米二氧化鈦懸浮液； B. 將納米二氧化鈦懸浮液加熱至80-90°C，加入P123和1，3, 5-三甲苯，攪拌30min， 攪拌過程中加入0. 2mol/L的似如03溶液，調(diào)節(jié)pH值在8~10,控溫40°C攪拌反應20h， 得到復合納米Ti02/Si02溶膠； C. 將活性炭纖維置于0. 5mol/L的重鉻酸鉀溶液中浸泡24h，隨后用蒸餾水反復沖洗活 性炭纖維至洗滌液無色，再將活性炭纖維置于0. 5mol/L的雙氧水中浸泡48h，隨后用蒸餾 水沖洗活性炭纖維10次，最后在80°C條件下烘干； D. 將步驟C處理后的活性炭纖維置于步驟B所得溶膠中，攪拌lh，隨后超聲振蕩lh，然 后將活性炭纖維放入砂芯漏斗中進行真空抽濾，抽濾后的活性炭纖維密封保存2h，最后在 40°C條件下干燥12h，得到1102凝膠/SiO2活性炭纖維復合體； E. 將步驟D得到的TiO2凝膠/SiO2活性炭纖維復合體按照步驟D所述過程重復操作 三次，把最終得到的復合體置于250°C氮氣中熱處理2h，即得到光催化劑。
4. 根據(jù)權利要求3所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟A中，每100mL 懸浮液加入六偏磷酸鈉的量為0. 5g。
5. 根據(jù)權利要求3所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟B中，每100mL 納米二氧化鈦懸浮液加入P123的量為0. 2g。
6. 根據(jù)權利要求3所述的光催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟B中，每100mL 納米二氧化鈦懸浮液加入1，3, 5-三甲苯的量為0. 6g。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種室內(nèi)清潔用光催化劑及其制備方法，所述光催化劑組成包括活性炭纖維、介孔二氧化硅、納米二氧化鈦，活性炭纖維和介孔二氧化硅作為復合雙載體，納米二氧化鈦負載于復合雙載體上，使得紫外光能夠直接作用在TiO2光催化劑上，提高光利用率，并且加快光催化降解反應的速率，提高污染物完全氧化的速率。
【IPC分類】B01J20-30, B01D53-86, B01J20-20, B01J21-18
【公開號】CN104772133
【申請?zhí)枴緾N201510154233
【發(fā)明人】張川, 張千, 張建平
【申請人】河北納諾新材料科技有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月2日