[發(fā)明專利]一種可見光光催化空氣凈化材料及空氣凈化方法

有效

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• 申請日: 2008-10-30
• 公開（公告）號: CN101402043A
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發(fā)明（設計）人: 柳麗芬;索靜;楊鳳林
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J23/847
• 分類號: B01J23/847;B01J37/02;B01D53/86;F24F3/16;A61L9/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發(fā)明屬于光催化和空氣凈化技術領域。涉及一種利用可見光催化劑材料提高凈化空氣污染物效果的方法。

背景技術

當今室內(nèi)甲苯、甲醛等污染氣體現(xiàn)象廣泛存在于居室等各種相對封閉的環(huán)境中。對人的健康產(chǎn)生嚴重的危害。目前研制出的空氣凈化設備主要方法有物理吸附、化學方法、催化技術等。其中物理吸附受環(huán)境影響較大，被吸附的氣體受溫度、濕度變化以及吸附平衡的影響容易被再次釋放，不能從根本上消除有害氣體。化學法能使氧化降解污染氣體，但是其中添加的人工合成物質(zhì)，易造成二次污染，且有效使用期短。應用光催化凈化空氣的核心技術為二氧化鈦加紫外光，利用二氧化鈦受光激發(fā)所產(chǎn)生的電子-空穴對的強氧化性礦化降解有機污染物，具有能耗低、二次污染少，有效期長等優(yōu)點。但是從室內(nèi)實際應用角度考慮，由于二氧化鈦依賴于紫外光激發(fā)，不能有效地利用可見光，而且室內(nèi)甲苯、甲醛等污染氣體通常濃度較低，光催化氧化的效率不高，這兩點大大限制了光催化技術廣泛、實際的應用于居室環(huán)境中。針對以上兩點，本發(fā)明采用具有可見光活性的釩酸鉍，通過添加電子受體氧化銅，顯著提高了對甲苯的可見光光催化活性，并且并將其與吸附性能好的金屬網(wǎng)以及殼聚糖修飾過的尼龍材料進行負載，制成家居產(chǎn)品。這樣一方面通過改變光催化劑的組成成分，加快了表面氧化反應速率；另一方面通過改變催化劑的表面結構，增強了對污染物的吸附和凈化能力。目前尚沒有查到利用金屬網(wǎng)和殼聚糖修飾的尼龍材料負載銅摻雜釩酸鉍催化劑，去除甲苯、甲醛等室內(nèi)主要污染氣體，提高室內(nèi)家居產(chǎn)品利用功能的專利或報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用可見光光催化材料凈化去除空氣污染物的方法。具體涉及負載型高可見光活性氧化銅/釩酸銅納米光催化材料的制備，通過溶膠分散或涂覆處理，負載在金屬網(wǎng)或尼龍基材上，并結合對甲醛吸附性能好的殼聚糖對尼龍基體材料進行修飾。在可見光下，利用制備的負載型氧化銅/釩酸鉍納米復合光催化凈化材料，對空氣中甲苯、甲醛污染物進行吸附和凈化。

本發(fā)明的技術方案如下：

以硝酸鉍和釩酸銨為原料，分別溶于4mol/L硝酸和氫氧化鈉溶液中，再分別加入等量表面活性劑聚環(huán)氧乙烯醚-聚環(huán)氧丙烯醚-聚環(huán)氧乙烯醚三嵌段聚合(P123)，攪拌30分鐘后混合，用2mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)pH至中性，于200℃下水熱合成單晶相釩酸鉍。然后按銅和按釩酸鉍的重量比例2.5％～7.0％將釩酸鉍和硝酸銅及離子水混合，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸干至粉體，然后在300℃馬弗爐內(nèi)焙燒四小時得到氧化銅/釩酸銅納米光催化劑。利用溶膠(硅溶膠或鈦溶膠)分散預先制備的氧化銅/釩酸鉍納米復合光催化劑粉體，將金屬網(wǎng)、尼龍等基體材料浸漬其中進行負載。其中用尼龍材料上進行催化劑的負載時，將尼龍材料預先經(jīng)過殼聚糖表面修飾。其方法是先將尼龍材料在40℃的1mol/L鹽酸中進行水解，然后浸入加磷酸的甲醛溶液活化處理，磷酸和甲醛溶液的體積比為1∶100。最后以體積分數(shù)為1％的醋酸配制質(zhì)量分數(shù)為1.5％的殼聚糖溶液，使尼龍與殼聚糖進行充分反應。經(jīng)過以上步驟即可獲得能高效利用可見光進行空氣中污染物凈化的負載型光催化材料。制備的氧化銅/釩酸銅納米光光催材料在光照條件為日光或室內(nèi)正常照明條件下，空氣自然對流或擴散時，進行光催化氧化反應。

本發(fā)明的效果和益處是所制備負載有氧化銅/釩酸鉍納米光催化材料無需紫外光照射，在可見光照射下即可達到較好的光催化活性，提高了對可見光的利用率。同時，可利用室內(nèi)空氣自然對流和擴散，使污染物到達催化劑表面被氧化凈化，不需動力裝置，無噪音，二次污染小。并且殼聚糖復合尼龍催化劑材料能夠有效提高材料表面對甲醛污染物的吸附和凈化效果。負載催化劑時常溫即可進行，除了常見的催化劑負載材料金屬、陶瓷、玻璃基體以外，化纖、布類材料都可負載，擴展了負載基材范圍。載于金屬鋼絲網(wǎng)、殼聚糖/尼龍基材上的復合催化劑，賦予了室內(nèi)裝飾用品和材料空氣凈化的新功能。在室內(nèi)空氣污染治理領域有廣泛的應用前景。

附圖說明

附圖1是負載于不銹鋼金屬網(wǎng)上的摻銅和沒有摻銅的釩酸鉍光催化劑對甲苯氣體(起始濃度為80mg/m³)的光催化凈化去除效果對照圖。

圖中：曲線a：未摻銅的純釩酸鉍催化劑；曲線b：氧化銅/釩酸鉍催化劑。

附圖2是殼聚糖表面改性和表面沒有修飾殼聚糖的尼龍負載型氧化銅/釩酸鉍對甲醛氣體(起始濃度為10～11mg/m³)的光催化凈化去除效果對照圖。

圖中：曲線a：表面沒有修飾殼聚糖的尼龍負載型氧化銅/釩酸鉍；曲線b：殼聚糖表面改性的尼龍負載型氧化銅/釩酸鉍催化劑。