[發明專利]用于空氣和水的凈化和消毒的光催化元件及其生產方法

有效

• 申請號: 201280078229.6
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN105073247A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 伊戈爾·羅維奇·巴利克欽;維克托·伊萬諾維奇·貝萊斯特恩科;伊戈爾·安納多列維奇·多瑪什涅夫;葉夫根尼·尼古拉耶維奇·卡巴奇尼科夫;葉夫根尼·尼古拉耶維奇·庫爾金;弗拉基米爾·尼古拉耶維奇·托洛伊茨基
• 申請（專利權）人: 克拉斯內波列有限責任公司;俄羅斯科學院化學物理課題研究所;尼奇拉恩公司;緹奧克拉夫有限責任公司
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/10;B01D53/86;A61L2/10;A61L9/20
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;石磊

技術領域

本發明涉及空氣和水的凈化和消毒的領域，尤其涉及在利用光催化的分子和一體化處理裝置中可被用作主要功能單元的光催化元件的設計和生產方法。

背景技術

在紫外光的作用下，利用二氧化鈦對有機污染物的光活化催化氧化降解是用于空氣和水凈化與消毒的先進方法。該方法是高效的、有成本效益的、環境友好的且通過將有機污染物礦化為水和二氧化碳可以消除幾乎任何有機污染物。確保它們效率和持久性的光催化處理裝置的主要功能單元是以將納米晶體催化劑和UV輻射覆蓋區中所安裝的限定形狀的載體結合的結構的形式的光催化元件。

光催化元件可以被用作在醫療機構、兒童日托中心、學校、辦公室、影院、居住空間等中采用的空氣凈化和消毒裝置的部件，用于有效控制呼吸道感染、有毒污染物和臭味消除。

已知一種用于制備光催化材料的方法(美國專利；專利號：5,919,726；公開日期：1999年7月6日)，第一階段包括在任一材料(金屬、水泥、粘土、沙子、碎石、陶瓷、塑料、木材、石頭、玻璃等)制成的基板上以任意方式涂覆(噴涂、涂刷等)具有0.05微米至2微米的厚度的亞層，該亞層含有顆粒尺寸約為20微米至50微米的硅膠，該亞層然后通過在100℃至900℃的溫度下熱處理3分鐘至30分鐘被固定。在第二階段，亞層通過液態或霧狀的四氯化鈦(可以添加水蒸氣)來處理。在第三狀態處，所獲得的材料在氧存在下在150℃至500℃的溫度下被熱處理，從而在表面上形成銳鈦型二氧化鈦。由于二氧化硅亞層的存在，得到的二氧化鈦被固定在基板上且保留其光催化性能。該方法主要被推薦用于制造具有光催化空氣凈化和消毒效果的建筑材料(瓷磚、護墻板等)。

殺菌活性測試包括，在所生產的瓷磚上涂抹細胞懸浮液(0.5ml)。瓷磚被放入皮氏培養皿且蓋有石英玻璃蓋。在25℃下在1200lux熒光照明下在無菌室中3小時內完成培養。在表2中給出結果。為了參考方便，沒有二氧化鈦層的瓷磚也經受測試。最好的測試樣本表明，金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)活細胞的濃度從3100減小至135，以及肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumonia)活細胞的濃度從1725減小至400。

上述光催化材料制備方法的主要缺點為復雜的且與使用高揮發性和有毒四氯化鈦相關的環境危險的制備方法。此外，在二氧化鈦層應用期間，有毒的和腐蝕性氯化氫由于四氯化鈦水解的結果而產生。

所產生的材料樣本的殺菌活性不足以在空氣凈化和消毒裝置中應用。

已知一種光催化空氣處理過濾器(美國專利；專利號：US6,491,883B2；專利日期：2002年12月10日)。過濾器由具有5微米至60微米厚涂層的基板組成，該涂層包括：

-允許紫外光通過的顆粒(例如，玻璃顆粒或纖維)，該顆粒的最小尺寸為0.2微米至50微米，按重量計用量為5％至60％；

-光催化ТiO₂顆粒，其平均尺寸為0.001微米至0.02微米，按重量計用量為20％至80％；

-二氧化硅顆粒，其平均尺寸為0.002微米至0.2微米，按重量計用量為10％至60％；

-可選地，粘土礦物，按重量計用量為2％至20％。

涂層的特點為對基板材料的良好粘合力且可以透過紫外光，然而，磨碎成分的使用，尤其是粘土粘合劑的那些成分的使用，不可以確保涂層的良好透氣性或者在涂層內含有的光催化ТiO₂顆粒的有效性能。為了制造空氣和水的凈化和消毒裝置的光催化元件，需要具有高開孔孔隙率的材料以確保被處理的介質到光催化劑的無障礙擴散。