一種用于降解甲醛氣體的復(fù)合光催化劑及其木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種降解甲醛氣體的木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料的制備方法，所述的光催化復(fù)合材料具有高活性、耐久性、低成本、可再生且可再可見光下使用。本發(fā)明還涉及一種為光催化復(fù)合材料提供的復(fù)合光催化劑的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計(jì)，人的一生有2/3左右的時(shí)間在室內(nèi)度過，每天要吸入10?13m3的空氣，室內(nèi)空氣質(zhì)量與人體健康息息相關(guān)。揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)是室內(nèi)空氣中普遍存在的污染物。Brooks等人的研宄表明，室內(nèi)空氣中濃度在Ippb以上的VOCs超過350多種?？諝馕廴荆貏e是室內(nèi)空氣污染對人體產(chǎn)生嚴(yán)重危害，有報(bào)導(dǎo)稱人類疾病的60 %來自于空氣污染，室內(nèi)環(huán)境污染已經(jīng)引起35.7 %的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌。全球近一半的人處于室內(nèi)空氣污染中，世界衛(wèi)生組織已將室內(nèi)污染物列為人類健康的10大威脅之一。目前我國每年由室內(nèi)空氣污染引起的超額死亡數(shù)已經(jīng)達(dá)到11.1萬人，超額急診數(shù)達(dá)430萬人次，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)107億美元。因此，凈化室內(nèi)空氣、創(chuàng)造良好的室內(nèi)環(huán)境成為急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。光催化氧化技術(shù)對有機(jī)污染物的去除具有操作簡便、能耗低、氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為有效解決室內(nèi)空氣污染的主要方法。
[0003]納米T12以其性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無害，光催化性能優(yōu)越而成為研宄最多用于室內(nèi)空氣凈化的光催化劑。但是打02是寬禁帶材料，吸收閾值小于400nm，對太陽光的利用率低，通常需要用紫外光源來激發(fā)，這限制了其實(shí)際的應(yīng)用，且其應(yīng)用中還存在光生電子-空穴對的復(fù)合等問題。另外，不管是納米T12還是改性后的T12粉末，在使用過程中都存在著易失活、凝聚和難回收等缺點(diǎn)，而且在室內(nèi)凈化過程中光催化反應(yīng)降解有機(jī)污染物發(fā)生在催化劑表面，只有吸附在催化劑表面的有機(jī)物才能被降解。
[0004]近年來，研宄人員采用在!！(^表面沉積貴金屬、半導(dǎo)體復(fù)合，摻雜過渡金屬和稀土金屬等多種方式，改進(jìn)T12的光催化性能。其中，利用過渡金屬摻雜改性光催化劑被證實(shí)具有良好效果。研宄發(fā)現(xiàn)利用摻雜技術(shù)，不但可以使納米打02的催化活性從紫外光迀移至可見光區(qū)，而且往T12里摻雜一些過渡金屬，如:Fe，Cr和Ni等，能夠降低導(dǎo)帶的能量，可以吸收可見光，提高了 T12對太陽光的利用率，增強(qiáng)了催化劑的活化能力。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)錳及其氧化物不僅資源豐富、價(jià)格低廉、對環(huán)境無污染，而且具有多變的組成、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、奇特的功能，在電子、電池、催化、高溫超導(dǎo)、巨磁阻材料、陶瓷等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。研宄發(fā)現(xiàn)在眾多的過渡金屬中金屬M(fèi)n的氧化物對VOCs的去除效果最好，而且復(fù)合材料中Mn能夠抑制銳鈦礦型T12的形成，使復(fù)合材料在可見光區(qū)展現(xiàn)出良好的吸附降解性。
[0005]另外，光催化劑性能的充分發(fā)揮及其可再生性都有賴于具有較強(qiáng)吸附性能載體材料的支撐。由于碳類材料對催化劑的光催化活性有良好的協(xié)同效應(yīng)，成為目前光催化氧化技術(shù)采用的主要載體。目前的應(yīng)用集中在顆?；钚蕴亢突钚蕴坷w維。以顆?；钚蕴繛檩d體制備的復(fù)合體仍存在著回收困難等問題。同活性炭相比，活性炭纖維(ACF)具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和吸附性能，豐富的外表面孔，成為光催化劑最適宜的載體材料。但是目前活性炭纖維及其原料主要依賴于聚丙(PAN)、瀝青和煤焦油類等化石資源。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)以及化石資源的逐漸枯竭，為應(yīng)對化石資源開采對地球生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，降低活性炭纖維對化石資源原料的依賴，利用木質(zhì)資源制備活性炭纖維并復(fù)合成光催化材料意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是以木質(zhì)活性炭纖維為載體，提供一種在可見光下使用并可負(fù)載于木質(zhì)活性炭纖維表面的光催化劑的制備方法以及負(fù)載技術(shù)。本發(fā)明還涉及一種為光催化復(fù)合材料提供的復(fù)合光催化劑的合成方法。
[0007]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種可以在木質(zhì)活性炭纖維上以相對低的成本形成具有高活性和改進(jìn)的耐剝離性的錳摻雜二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，以及提供由該方法得到的木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供應(yīng)用于該光催化復(fù)合材料的復(fù)合光催化劑的制備方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種制備木質(zhì)活性炭纖維表面負(fù)載的復(fù)合光催化劑的方法，包括如下步驟:
[0011]I)將質(zhì)量比1:5?10的鈦源，倒入攪拌狀態(tài)下的無水乙醇中，磁力攪拌0.5?lh，獲得無色透明溶液A;
[0012]2)將冰乙酸與無水乙醇體積比為1:30的溶液倒入濃度為1-3%錳源溶液，獲得錳離子溶液B ；
[0013]3)按1:3的體積比例將B溶液倒入攪拌狀態(tài)下的A溶液，轉(zhuǎn)入40°C的水浴鍋中，機(jī)械攪拌3h，然后停止攪拌，靜置I?3h，獲得復(fù)合光催化劑膠體溶液。
[0014]所述的鈦源優(yōu)選是鈦酸丁酯、鈦酸四丁酯或鈦酸四正丁酯中的一種。
[0015]所述的錳源優(yōu)選是硫酸錳、硝酸錳或醋酸錳中的一種。
[0016]本發(fā)明的一種制備木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料的方法，步驟如下:
[0017]I)將木質(zhì)活性炭纖維加入復(fù)合光催化劑膠體溶液中，振蕩30min后靜止浸漬，取出負(fù)載好的木質(zhì)活性炭纖維，在105°C下干燥2h ;
[0018]2)將負(fù)載好的木質(zhì)活性炭纖維放入管式爐內(nèi)，在N2保護(hù)下以2?5°C /min的升溫速度加熱到400?600°C，熱處理30?60min后自然冷卻，制得木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料。
[0019]所述的N2流量優(yōu)選為60?100mL/min。
[0020]本發(fā)明方法制備的木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料在可見光下對甲醛氣體的降解率可達(dá)97%以上，對亞甲基藍(lán)溶液的降解率可達(dá)95%以上。
[0021]本發(fā)明人以木質(zhì)生物質(zhì)活性炭纖維為原料，提供了一種可用于室內(nèi)家具甲醛氣體光催化降解的復(fù)合材料的制備方法。采用本發(fā)明技術(shù)獲得的木質(zhì)活性炭纖維光催化復(fù)合材料，其在可見光下對甲醛氣體的降解率可達(dá)到97%以上，具有良好的室內(nèi)空氣凈化作用。另夕卜，該發(fā)明利用木質(zhì)資源為載體，提高了生物質(zhì)資源的利用率和附加值，拓寬了生物質(zhì)資源的應(yīng)用領(lǐng)域和途徑。同時(shí)，該技術(shù)解決了光催化劑在使用過程中的分離、回收等問題，拓展了光催化復(fù)合材料在可見光及紫外光的雙重光催化降解性能，提高了光催化材料的活性反應(yīng)速率，增強(qiáng)了光催化復(fù)合材料的使用效率和空氣凈化能力。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
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