[發明專利]一種摻雜壓電催化材料的柔性多孔復合材料及其制備

有效

• 申請號: 202011267132.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112371177B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張敦譜;丁明燁;萬軼;張輝
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J31/38;B01J35/00;B01J35/06;B01J35/10;B01J37/02;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/44
• 代理公司: 南昌豐擇知識產權代理事務所(普通合伙) 36137
• 代理人: 張榮

本發明公開了一種多孔隙結構的網狀復合膜基體及其制備，所述網狀復合膜基體由復合聚合物、復合填料經熔融勻質、發泡處理后經定向縱橫熱熔噴絲制得。本發明還公開了一種基于上述復合膜基體的、摻雜壓電?光催化材料的柔性多孔復合膜材料及其制備，所得柔性多孔復合膜材料具有高柔韌性、高孔隙率和高通氣量，其中摻雜和負載的壓電催化劑可以形成壓電效應，提升光催化劑在室內弱光條件下的催化性能，有效降解有機污染物、抗菌殺毒；且該合膜材料具有優良的機械力學性能，能夠長時間耐受高頻氣流產生的震動。

技術領域

本發明涉及一種用于空氣凈化的壓電催化膜質材料，特別涉及一種多孔結構的柔性壓電催化復合膜、制備方法及其在凈化空氣中的應用，屬于壓電催化及空氣凈化技術領域。

背景技術

近年來，半導體光催化劑在處理在污水處理、分解水制氫方面應用廣泛，并在空氣污染尤其是室內空氣凈化、抗菌殺毒方面也逐漸開始受到重視。例如ZnO、TiO2等光催化材料被廣泛應用于空氣凈化、抗菌滅活等領域。

對于室內污染物，顆粒物通常可被帶濾芯的空氣凈化器吸附，但是氣態污染物、病毒細菌類微生物和有機污染物(有機苯類，甲醛和其他有機污染物成分等)物理吸附效果較差，且不能降解或殺滅。因此光催化成為對有機污染物進行降解和對微生物進行滅殺的有效手段。

但是，在室內環境下，光催化受到諸多限制。尤其是其需要充足的陽光光源或人工紫外線條件，以及有效的光接觸面積，導致光催化實施條件比較苛刻，弱光條件下無法滿足光催化要求。另外，光催化技術的應用還嚴重受限于光生電子-空穴的復合所致的催化效率和光量子效率低下等問題。

研究表明，除了光催化，壓電催化下的電化學降解污染物也是可行的選擇，尤其其與光催化聯用。多個現有技術記載，通過高頻超聲誘導壓電材料產生壓電場可以有效促進電子-空穴的分離、提升光催化活性。例如，通過靜電紡絲技術與水熱處理制備壓電光催化復合纖維，其材料結合界面處可通過壓電效應電場有效地促進光生載流子的分離，從而提高光催化效率。

因此，對于光生載流子的復合率高導致的光催化效率低的問題，借助壓電效應是提高催化效率的有效方法：利用壓電效應的內置電場，促進光生載流子的分離，從而實現利用機械能提高壓電及光催化效率。但是，借助超聲手段產生壓電效應，本身存在能源浪費的問題。

因此，設計一種能夠利用或借助無需專門能源驅動的外界能量場(例如高頻震動機械能)驅動壓電材料以形成壓電效應的復合壓電催化材料具有顯著的應用價值。該材料壓電勢的產生不依賴于專門提供的超聲振蕩能量，符合節約能源的綠色發展方向。

然而，在沒有超聲的前提下，壓電材料的高頻震動需要材料本身具備類微流控效應才能有效產生。例如，氣流、水流快速通過含有壓電材料的微型通道(數百納米到數百微米)。然而，作為芯片和分析領域的常見技術，在壓電材料的應用中未見類微流控設計的報道。

另外，目前的將壓電陶瓷與光催化劑結合中，通常采用燒結纖維的形態，在外力作用下(如超聲)實現光催化效果。在弱光條件下時，復合材料的催化效果還高度依賴催化材料具有高的界面密度。然而，目前壓電催化材料的復合界面數量有限，因此提高壓電催化材料中的相對接觸面積也極為重要。

但是，復合壓電催化纖維材料主要用于水解制氫和溶液污染物的處理，其燒結特性使得其基本用于溶液環境，極少有用于空氣凈化的報道。

因此，針對于室內環境的空氣凈化特點，有必要設計一種新型的基于合適載體的壓電催化復合材料，該材料可以借助氣流等空氣震動離散能量實現產生壓電效應并驅動內建電場，從而具備電化學催化效應，并在弱光和無外在額外提供能源的條件下持續促進半導體光催化劑的催化活性。