用于降解混合氣體的光催化過濾器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光催化過濾器及其制造方法，更具體地，涉及一種其表面具有加強(qiáng)的 吸收性能以便包含在競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)中較遲反應(yīng)的氣體的混合氣體能夠從光催化反應(yīng)的初始階 段被降解的光催化過濾器，以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在本文中，術(shù)語(yǔ)"光催化反應(yīng)"是指使用諸如氧化鈦（Ti02)或類似物的光催化材料 的反應(yīng)。已知的光催化反應(yīng)包括水的光催化降解、銀和鉑的電沉積、有機(jī)材料的降解等。此 外還有嘗試將這種光催化反應(yīng)用于新的有機(jī)合成反應(yīng)、超純水的生產(chǎn)等。
[0003] 存在于空氣中的有毒氣體或具有刺激性氣味的物質(zhì)（諸如氨、醋酸以及乙醛）通 過上述光催化反應(yīng)被降解，并且在具有光源（例如紫外光源）和涂覆有光催化材料的過濾 器的情況下，基于這種光催化反應(yīng)的空氣凈化設(shè)備可以半永久性地使用。當(dāng)光催化過濾器 的光催化效率降低時(shí)，過濾器可以被再生以恢復(fù)其光催化效率，然后能夠重新進(jìn)行使用。因 此，光催化過濾器可被稱作是半永久性的。
[0004] 具體地，在將紫外LED燈用作紫外光源時(shí)，其相比于普通水銀燈或類似物的優(yōu)勢(shì) 在于它具有綠色環(huán)保性，因?yàn)樗恍枰卸镜臍怏w，在能耗方面具有高的效率，且因?yàn)槠涑?寸小從而允許有各種各樣的設(shè)計(jì)。
[0005] 然而，不同于在空氣通過時(shí)以物理的方式收集大灰塵顆粒的普通過濾器（諸如預(yù) 濾器或HEPA過濾器），光催化過濾器被構(gòu)造成使得在空氣通過過濾器的過程中被吸附于過 濾器表面上的有毒氣體被通過光催化反應(yīng)產(chǎn)生的基團(tuán)（諸如0H)降解。因此，有毒氣體的 降解效率主要受目標(biāo)有毒氣體與光催化過濾器表面的活性位點(diǎn)之間的接觸效率的影響。
[0006] 光催化過濾器的光催化效率與其空氣清洗能力直接相關(guān)。換言之，使用光催化效 率高的空氣過濾器的空間中的有毒氣體會(huì)比使用尺寸和結(jié)構(gòu)相同、但光催化效率較低的空 氣過濾器的空間中的有毒氣體更快地被降解。
[0007] 與此同時(shí)，已知當(dāng)空氣中含有多種不同的有毒氣體時(shí)，這些有毒氣體按照其吸附 于光催化過濾器表面上的順序被降解。因此，在這些有毒氣體中，以較高速率吸附到光催化 表面中的氣體更快地被降解，以較低速率吸附到光催化表面中的氣體要在以較高速率被吸 附的氣體發(fā)生一些降解之后在光催化表面上發(fā)生吸附和降解。
[0008] 由韓國(guó)空氣凈化協(xié)會(huì)提供的除臭性能測(cè)試法是一種評(píng)價(jià)乙醛、氨和醋酸三種氣體 的混合物的去除率的方法。按照這種測(cè)試方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果表明，市場(chǎng)有售的Ti0 2 光催化劑對(duì)這些氣體中的乙醛表現(xiàn)出低的去除率。這是因?yàn)樵诟?jìng)爭(zhēng)反應(yīng)中乙醛比其它氣體 晚發(fā)生反應(yīng)。換言之，普通的光催化過濾器被構(gòu)造成先降解在競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)中先反應(yīng)的有毒氣 體，再降解稍后反應(yīng)的有毒氣體。
[0009] 從空氣過濾器的角度來看，普通光催化過濾器的這種習(xí)性是并不理想的。對(duì)于利 用光催化反應(yīng)的空氣過濾器而言，降解有毒氣體的性能是重要的，且針對(duì)所有類型的有毒 氣體的降解性能都應(yīng)當(dāng)是優(yōu)良的，所有類型的有毒氣體都需要從光催化反應(yīng)的初始階段就 被降解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 各種實(shí)施例旨在解決上述問題并且提供一種即使在混合氣體通過時(shí)也對(duì)各種氣 體均表現(xiàn)出高去除率的光催化過濾器，以及提供一種用于制造該光催化過濾器的方法，其 中，所述過濾器的光催化劑對(duì)于基底或襯底具有高的粘附力。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于制造光催化過濾器的方法包括：將作為光催化劑的 二氧化鈦（Ti〇 2)納米粉末和一種或多種金屬化合物分散在水中以制備光催化分散體 (dispersion);用該光催化分散體涂覆支撐體；對(duì)經(jīng)涂覆的支撐體進(jìn)行干燥處理；以及對(duì) 經(jīng)干燥的支撐體進(jìn)行燒結(jié)處理。
[0012] 這里，分散在水中以制備光催化分散體的金屬化合物可為納米粉末。
[0013] 在另一實(shí)施例中，光催化過濾器包括支撐體以及涂覆在支撐體上的光催化材料和 金屬化合物。
[0014] 金屬化合物可包括鎢（W)化合物。
[0015] 鎢（W)化合物可為H2W04。
[0016] 鎢（W)化合物可以以摩爾比在每摩爾1102的0. 0032摩爾至0. 064摩爾使用。
[0017] 金屬化合物可包括鐵（Fe)化合物。
[0018] 鐵化合物可為Fe203。
[0019] 鐵（Fe)化合物可以以摩爾比在每摩爾1102的0. 005摩爾至0. 05摩爾使用。
[0020] 鐵化合物可為納米粉末。
[0021] 以1102的摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，作為納米尺寸粉末的鐵（Fe)化合物可以以摩爾比在 0. 00125摩爾至0. 0125摩爾使用。
[0022] 支撐體可包括多孔陶瓷材料。
[0023] 涂覆支撐體的步驟可包括將支撐體浸沒在光催化分散體中。
[0024] 對(duì)經(jīng)干燥的支撐體進(jìn)行燒結(jié)的步驟可在350°C至500°C的溫度下進(jìn)行0. 5小時(shí)-3 小時(shí)。
[0025] 在另一個(gè)實(shí)施例中，光催化過濾器包括光催化支撐體以及涂覆在光催化支撐體上 的光催化材料和金屬化合物，其中，金屬化合物包括鎢（W)化合物和鐵（Fe)化合物。
[0026] 所述鎢化合物可為H2W04，所述鐵化合物可為Fe 203。
[0027] 以1102的摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，鎢（W)化合物可以以摩爾比在0.016摩爾-0.048摩爾 使用，鐵化合物可以以摩爾比在〇. 005摩爾-0. 025摩爾使用。
[0028] 鐵化合物可為納米尺寸粉末。
[0029] 以1102的摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，鎢（W)化合物可以以摩爾比在0.016摩爾-0.048摩爾 使用，鐵化合物可以以摩爾比在〇. 00125摩爾-0. 00625摩爾使用。
[0030] 光催化支撐體可為多孔陶瓷。
[0031] 光催化材料和金屬化合物可通過燒結(jié)錨定在光催化支撐體上。
【附圖說明】
[0032] 圖1示出了通過使用傳統(tǒng)光催化過濾器和本發(fā)明的第一實(shí)施例的光催化過濾器 中的每個(gè)從空氣中去除有毒氣體（氨氣、乙醛和乙酸）的速率作為時(shí)間的函數(shù)的圖。
[0033] 圖2示出了通過使用傳統(tǒng)光催化過濾器和本發(fā)明的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的 光催化過濾器中的每個(gè)從空氣中去除有毒氣體（氨氣、乙醛和乙酸）的速率作為時(shí)間的函 數(shù)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以具有不同的實(shí)現(xiàn) 形式，不應(yīng)被解釋成局限于文中提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例使得本說明書徹底 完整，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的精神。
[0035] 本文中公開的技術(shù)可被用于提供一種光催化過濾器，其中通過將金屬引入過濾器 中的二氧化鈦光催化劑使其對(duì)于乙醛、氨和醋酸氣體混合物具有改善的吸收性。一種用于 制造對(duì)于乙醛、氨和醋酸氣體混合物具有改善的吸收性的光催化過濾器的示例性方法包括 如下步驟：通過將二氧化鈦納米粉末和一種或多種金屬化合物分散在水中來提供光催化分 散體液體，用該光催化分散體液體涂覆光催化支撐體，干燥經(jīng)涂覆的光催化支撐體，以及燒 結(jié)經(jīng)干燥的光催化支撐體。
[0036] 基于所公開技術(shù)的光催化過濾器包括光催化支撐體和形成在光催化支撐體上的 光催化材料。暴露在紫外光下，光催化材料受到光學(xué)激發(fā)，從而引起與（例如通過物理吸 附）粘附在涂覆于光催化支撐體上的光催化材料上的一種或多種目標(biāo)污染物的催化反應(yīng)， 因此從氣體介質(zhì)中去除這些污染物。目標(biāo)污染物可以是微生物或其它生物材料，或者一種 或多種化學(xué)物質(zhì)?？梢园ㄗ贤夤庠矗ㄖT如紫外LED)來將紫外光引導(dǎo)至形成在光催化支 撐體上的光催化材料上。這種光催化過濾器可以被用作空氣過濾器或用于其它過濾器應(yīng)用 場(chǎng)合。光催化材料可以包括例如二氧化鈦納米粉末和一種或多種金屬化合物。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光催化過濾器包括添加到普通光催化Ti02材料上的鎢（W) 金屬化合物和鐵（Fe)金屬化合