[發明專利]一種半導體納米光催化材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110150429.5
• 申請日: 2011-06-07
• 公開（公告）號: CN102266774A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 張國慶;熊亮;陽楚雄
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J23/755;B01J23/745;B01J23/80;B01J23/75;B01J27/043;B01J23/835;B01J23/888;B01J23/847;B01J31/28;B01J31/34;B01J31/36;B01J35/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明;黃開艷

技術領域

本發明涉及一種光催化材料，尤其是一種半導體納米光催化材料及其制備方法。

背景技術

隨著環境污染問題日益嚴重化，使得人類急需開發一種生態學上潔凈、安全、經濟的化學技術，來改善逐漸惡化的生存環境。光催化是一種新興的環境凈化技術。例如，納米TiO₂光催化劑可以有效地分解吸附在其表面的有毒氣體分子，抑制或消滅有害微生物，并能將有害的大分子有機物分解為無害的小分子物質如二氧化碳和水，沒有二次污染。由于納米TiO₂具有抗化學和光腐蝕、性能穩定、無毒、催化活性高、價廉等優點而備受重視，是一種很有開發前景的環保型催化劑。但納米TiO₂是一種粉體，它的光催化作用需要將其固定并且需要一定的接觸面積和反應時間，因而如何將其負載到適當的載體上使其光催化效率最佳成為這一技術需解決的關鍵問題之一。常見的載體材料除泡沫金屬外還有活性炭、沸石、膨脹珍珠巖、硅膠、氧化鋁、有機玻璃、光導纖維、天然粘土、海砂、樹脂等。利用這些載體負載的光催化劑存在受光面積小、比表面積小、氣阻大、機械強度不高、易破碎和負載量小等缺點。

發明內容

為克服以上技術缺陷，本發明提供了一種半導體納米光催化材料，并進一步公開其制備方法。該材料以多孔泡沫材料為基體，擴大了光催化劑比表面積，從而使光催化效率得到明顯的提高。

本發明還進一步公開了上述半導體納米光催化材料的制備方法。

本發明通過如下技術方案得以實現：

本發明的光催化材料包括多孔泡沫材料載體和負載于載體表面的半導體納米光催化劑層。

所述的多孔泡沫材料的載體空隙率>96%，厚度2-5mm，孔徑100μm-2mm。

所述的多孔泡沫材料為泡沫銅、泡沫鎳、泡沫鐵、泡沫鋁或泡沫塑料中的一種；

所述半導體光催化劑層的光催化劑是選自Co₃O₄、NiO、Cu₂O、TiO₂、ZnO、CdS、Fe₂O₃、SnO₂、WO₃或Nb₂O₅中的一種或兩種。所述的半導體納米光催化劑層的光催化劑的粒徑為10-50nm，覆蓋率為50%，負載量為20-50g/m²。

本發明光催化材料的制備方法是以多孔泡沫材料為基體，結合相應的負載技術如復合電鍍、化學復合鍍及浸漬提拉法等負載納米TiO₂制備光催化材料。

負載之前，首先兩種不同類型的材料泡沫金屬和泡沫塑料表面分別處理。其中，泡沫金屬表面處理步驟：經除油，水洗，酸洗，水洗，活化，水洗后吹干。泡沫塑料表面處理步驟：經去應力、除油、水洗、粗化、中和、還原、水洗、敏化、活化、水洗后吹干。

所述的泡沫金屬表面處理除油步驟中的去油劑是10-30%NaOH溶液，溫度是50-60℃，去油時間是1-10min；所述的酸洗步驟中的酸洗劑是10-20%的硫酸溶液，溫度是50-60℃，酸洗時間為1-10min；所述的活化步驟中的活化劑是1-5%的AgNO₃溶液，活化時間為5-10min；

所述泡沫塑料表面處理去應力步驟中的去應力劑由丙酮和水按丙酮：水=0.2~1：1的比例配制，去應力時間為20-40min；所述的除油步驟中的除油劑是10~30%NaOH溶液，溫度是50~60℃，除油時間為1-10min；所述粗化步驟中的粗化劑由15~25g/L的CrO₃和600mL/L的濃硫酸配制，溫度是70~75℃，粗化時間是5-15min；所述敏化步驟中的敏化劑由30~40mL/LHCl和15~20g/LSnCl_2?配制，敏化時間為5-10min；所述活化步驟中的活化劑是1~5%的AgNO_3?溶液，活化時間是5-10min。

經表面處理工藝后，將泡沫塑料在以Ni²⁺為主體的相應的鍍液中進行復合電鍍、化學復合鍍而制得負載型光催化材料；或將泡沫金屬在以鈦酸四丁酯為前驅體的溶膠中浸漬提拉，然后經干燥、熱處理而制得。所負載的TiO₂光催化活性組分最大量可接近光催化過濾網總重量的20%。