[發(fā)明專利]一種吸收分解路面汽車尾氣的可見光催化復(fù)合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103878007A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王彥敏;郝秀紅;張愛勤;郭德棟
• 申請（專利權(quán)）人: 山東交通學(xué)院
• 主分類號: B01J27/232
• 分類號: B01J27/232;C04B20/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種吸收分解路面汽車尾氣的可見光催化復(fù)合材料及其制備方法，適用于城市道路、停車場、隧道、收費站等路面汽車尾氣的降解，屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

汽車尾氣污染是由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染，是公路交通產(chǎn)生的突出環(huán)境問題之一。隨著汽車數(shù)量的增多、使用范圍越來越廣，在公路附近地區(qū)上空，往往形成一個濃度較高且持續(xù)時間較長的排放污染物區(qū)域。汽車尾氣對世界環(huán)境的負面效應(yīng)也越來越大，嚴重危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，加重城市熱島效應(yīng)等。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計，到21世紀初，汽車排放的尾氣占大氣污染的30%～60%。隨著機動車的增加，尾氣污染有愈演愈烈之勢，由局部性污染轉(zhuǎn)變成連續(xù)性和累積性污染。2014年1月從公安部獲悉，2013年我國車輛保持快速增長，至2013年底，全國機動車數(shù)量突破2.5億輛，其中，汽車達1.37億輛，扣除報廢量，增加1651萬輛，增長了13.7%；汽車多集中于城市，致使汽車尾氣中這些有害氣體對城市污染源的構(gòu)成發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，汽車尾氣正上升為我國城市的主要污染源，汽車尾氣中含有一氧化碳、氧化氮以及對人體產(chǎn)生不良影響的其他一些固體顆粒，尤其是含鉛汽油，嚴重威脅人類身體健康。汽車尾氣的污染給全球開始的經(jīng)濟損失也是不可估量的，有關(guān)專家估計，延續(xù)下去到2020年中國大氣污染損失占GDP的比重將高達13%，經(jīng)濟損失驚人。

解決汽車尾氣對大氣污染的主要措施包括行政強制措施、尾氣機內(nèi)凈化（新型燃料）和尾氣機外凈化（三元催化劑）措施以及近幾年出現(xiàn)的各種可降解尾氣的新材料（建筑涂料）。但是現(xiàn)有的這些方法在經(jīng)濟性或?qū)嵱眯苑矫婢嬖谝恍╇y以解決的問題。2007年9月在我國幾大城市試行的“無車日”以及北京的“單雙號出行”；上海實施多年拍牌政策；2010年北京、上海、廣州、天津與貴陽5個城市開始實施汽車限購，并且2013年7月中汽協(xié)預(yù)測天津、深圳、杭州、石家莊、重慶、青島、武漢等8城市均存在實施限購的可能；這些行政控制措施雖然可以很大程度上的限制尾氣排放，改善空氣質(zhì)量，但這一措施管理和控制方面存在很大難度，并且給居民的出行帶來一定的困難，是一種治標(biāo)不治本的方法；新型燃料的開發(fā)需要大量的科研和經(jīng)費的投入，在推廣應(yīng)用上也存在一定的難度；三元催化劑雖已研究應(yīng)用多年，但仍然存在著很多難以解決的難題，比如冷啟動問題、成本問題等；國際上現(xiàn)有的一些環(huán)保涂料是近年來研究的熱門，但在國內(nèi)還處于起步階段，大工程量的應(yīng)用還有一定的難度。

采用納米光催化材料凈化汽車尾氣是對已經(jīng)排入大氣環(huán)境的汽車尾氣采取凈化措施，該技術(shù)是空氣污染控制的新技術(shù)之一。光催化技術(shù)分解汽車尾氣技術(shù)可直接在光的作用下，使尾氣污染物礦化，并且該技術(shù)無二次污染。用于光催化凈化環(huán)境污染物的催化劑多為n型半導(dǎo)體，如二氧化鈦、氧化鋅、硫化鎘、二氧化錫和三氧化二鐵等。TiO₂納米光催化材料，因其無毒，對人體和環(huán)境無害、高效、多功能，且具有較強的氧化還原能力、化學(xué)安定性、環(huán)境友善性等特點，成為最具有前途的綠色環(huán)保光催化劑。路面材料和道路設(shè)施是汽車尾氣的直接承受者，若將TiO₂納米光催化材料復(fù)合在水泥混凝土或瀝青混合料基體中，或?qū)⑵渲苯訃娡康剿嗷炷谅访婧蜑r青混合料路面上，制成環(huán)保型水泥混凝土或瀝青混合料路面材料，或?qū)⒓{米光催化材料制成環(huán)保涂料涂刷在道路設(shè)施上，將會進一步消除汽車尾氣污染。這種材料在汽車尾氣剛剛排出時就開始對其凈化，無需能源（除太陽能外），其凈化效果好。將光催化技術(shù)應(yīng)用到降解汽車尾氣的研究當(dāng)中，是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ奈廴疚锎呋瘍艋录夹g(shù)，它是一種節(jié)能、高效的綠色環(huán)保技術(shù)，有著很好的應(yīng)用前景。

但是，TiO₂作為一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，光催化活性高，太陽能的利用率低，帶隙較寬(銳鈦礦為3.2ev)，只能吸收波長小于387.5nm的紫外輻射光；而且，光催化反應(yīng)屬于表面反應(yīng)，若要催化分解汽車尾氣，需將尾氣首先吸附在催化劑顆粒的表面，這些缺點嚴重制約了光催化技術(shù)的實際工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種吸收分解路面汽車尾氣的可見光催化復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料能夠?qū)⑵囄矚庥行У奈皆诠獯呋w粒表面進行分解，將TiO₂光催化劑的吸收光譜拓展至可見光區(qū)域并使NO_x最終轉(zhuǎn)化成硝酸鈣，從而提高了汽車尾氣的光催化降解效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：