[發明專利]有機氣體的光催化相轉移處理方法

有效

• 申請號: 200710033037.4
• 申請日: 2007-12-29
• 公開（公告）號: CN101279198A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 李新軍;張開堅;張國才;鄭少健;何安溪;馮滿枝;何明興
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明涉及氣態污染物處理新技術，尤其涉及一種有機氣體的光催化相轉移處理方法。

技術背景

空氣凈化技術主要應用于居室室內、汽車車內、辦公室、會議室室內的空氣凈化。隨著城市化進程加快、消費者環保意識逐漸提高和生活水平不斷改善，室內環境凈化治理產品的需求量將會穩步提高。據中國室內環境監測委員會統計，未來幾年將是我國室內空氣凈化治理行業的快速成長期，產業規模預計在4年內將擴大3倍達到270多億元人民幣。本發明開發快速高效的處理室內有機氣體污染物的技術與裝置，可以在上述應用場合進入國際市場，也可以加快國內市場開拓進展；由于其快速高效和對有機物的無選擇性，使化工廠、煙廠、油漆涂料廠等辦公室甚至車間、艦艇、潛艇、娛樂場所、車站等都可以成為潛在的應用市場。該技術有望像空調那樣成為一種家電產品，逐步取代空氣清新機等產品，成為空氣凈化器的市場主流。

空氣凈化技術已歷經了三代產品，第一代產品為過濾式，屬于吸附、過濾方法，不能徹底消除有毒有機物和殺滅細菌。第二代產品為過濾式+負離子式，主要起空氣清新的作用，對空氣污染物的氧化作用較小。第三代產品為負離子與氧化法的集成式，目前主要采用臭氧氧化法，由于臭氧在室內使用的局限性，臭氧本身對人體有害，基本未得到推廣，需要其它氧化技術。光催化氧化法由于光生空穴的強氧化性，其氧化電位為3.0v，比臭氧的2.07v高得多，能徹底降解有毒物質并使之完全礦化，另外還具有殺滅細菌、操作簡便、原材料及能耗低等優點而受到廣泛的關注。因此，將光催化氧化技術引入空氣凈化器將是必然的發展趨勢。目前光催化空氣凈化器凈化速率相對較慢，雖在國外有一定的市場，但國內市場開拓進展不快。

對于光催化降解有機物的研究，許多科研工作者都注重于催化劑的改性以及影響催化效率的外在因素，未見有報道從降解方法上去考慮提高催化效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種高效、能耗低的光催化降解氣態污染物處理技術，具體地說是一種有機氣體的光催化相轉移處理方法。

為達到上述目的，本發明采取了以下的技術方案：

實際上，每一個氣體有機物分子需要經過幾十甚至上百個步驟才能完全礦化到二氧化碳和水，每一個步驟都要占據催化劑的活性位，其過程是非常緩慢的。如果從第一步就讓有機物光催化到親水性分子，再將親水性分子轉移到水相去降解，則光催化效率會極大地提高。因為水相光催化產生羥自由基可以局部進入水相，在水相與催化劑接觸的表面層實際上是均相快速反應，這也是為什么光催化降解水中有機物較快的原因。

基于此，本發明設計了相轉移法處理氣體有機物的方法：利用光催化技術將氣體中的疏水性有機物轉化為親水性，再將親水性有機物轉移到水相，進一步利用光催化降解水相有機物，達到快速降解有機氣體的目的。

如圖1所示，本發明包括以下步驟：

1、制備光催化劑；

2、使有機氣體與水溶液1充分接觸；

3、在氣相條件下進行一級光催化反應；

4、使經過一級光催化反應的氣體與水溶液2充分接觸；

5、在液相條件下進行二級光催化反應。

在步驟1中，制備光催化劑的目的是在載體上制備光催化劑納米薄膜。光催化劑的制備可以采取在載體上制備光催化劑納米薄膜或用無機膠將納米管固定在載體上兩種形式。

所述載體可以采用板狀或片狀或網狀材料或流態化料，也可以在在載體上涂敷光催化劑，如在載體上涂敷二氧化鈦納米管涂層。

由光激發的光催化劑其特征是至少有由紫外光激發的紫外光催化劑如二氧化鈦，或由可見光激發的可見光催化劑如鉍酸鈣組成，紫外光催化劑和可見光催化劑可以各自獨立使用，也可復合使用。

上面所述光催化劑是對二氧化鈦或鉍酸鈣進行改性處理，通過控制摻雜金屬離子或稀土元素提高光催化劑電子/空穴產率并減少其復合率，從而提高光催化劑活性數倍于未改性光催化劑。

上面所述光催化劑制備于固體載體上，如鋼板、鎳板、玻璃、陶瓷、活性炭纖維布等上，包括固定技術如溶膠-凝膠法、液相沉積法、氣相沉積法、磁控濺射法等的選擇，熱處理溫度的優化，達到催化劑與載體結合牢靠，性質穩定，長期使用不脫落的效果。

在步驟2中，所采用的水溶液1為水或酸性溶液，酸性溶液優選為PH3-6的酸性溶液，如稀鹽酸或稀硝酸或稀乙酸溶液等。

在步驟3中，一級光催化反應的設計要求是使帶有水份的有機氣體分子在光源的照射下，在光催化劑表面發生光催化反應，轉化為帶羥基的親水性分子。