一种光催化灰霾消减剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可见光激活的掺杂纳米TiO2/ Fe2O3/Al2O3/SiO2作为主要组分的灰霾消减剂及其制备方法，由静电吸附剂、化学沉降剂、光催化剂、溶胶稳定剂、有机硅偶联剂和溶剂组成。产品固体有效组分的质量百分浓度为0.5%‑5%，消减空气中灰霾应用时固体有效组分用量为0.05‑1.0 g/m

A photocatalytic haze reduction agent and preparation method thereof

The invention relates to a visible light activated doped TiO2/ Fe2O3/Al2O3/SiO2 as the main component of haze reduction agent and a preparation method thereof, by electrostatic adsorption agent, chemical precipitation agent, photocatalyst, sol stabilizer, silane coupling agent and a solvent. The mass percent concentration of solid products of effective components of 0.5% 5%, reduce air haze application of effective components of solid dosage of 0.05 1 g/m

【技术实现步骤摘要】
一种光催化灰霾消减剂及其制备方法
本专利技术涉及一种光催化灰霾消减剂及其制备方法，特别是以可见光激活的掺杂纳米TiO2/Fe2O3/Al2O3/SiO2作为主要组分的灰霾消减剂及其制备方法，可直接喷洒在含灰霾的空气中或涂布在地面构筑物表面上用于室内外灰霾消减，属于环保和新材料领域。
技术介绍
近年来，在中国既出现了跨省市、大范围、季节性强、持续时间短的灰霾，也出现了局地性、小范围、常态化、持续时间很长的灰霾。灰霾颗粒物富集有许多无机化合物和有机化合物，这些化合物吸附在气溶胶很细的固体粒子上。灰霾中含量较多的化学成分主要有硫酸盐，硝酸盐，铵盐，有机碳和元素碳五种成分，各地灰霾的组成有所不同，并随季节和气象条件有所变化。大气固体颗粒物PM通常按粗细划分为PM10、PM2.5和PM1.0几种，灰霾的粒径一般为0.003-10µm，平均直径在0.3-1µm。研究发现粒径在2.5µm以下的大气细颗粒是导致灰霾发生的主要原因，PM2.5指标可在一定程度上反映灰霾污染的程度。大气中灰霾粒子都带有一定的负电荷或正电荷，也有电中性的，但总体上带负电荷。灰霾粒子荷电后改变了其凝聚性、附着性和稳定性。单极性的荷电灰霾粒子，因相互排斥使其凝聚率降低、附着性和稳定性提高，导致其在大气中难以自然沉降消减；双极性荷电灰霾粒子因相互吸引，其凝聚率明显大于非荷电粒子，为自然凝聚和沉降消减提供了条件；非荷电灰霾粒子在电场中可形成偶极性感应电，其作用类似于双极性荷电灰霾粒子。大气中灰霾消减方法与工业粉尘治理方法相似，主要是利用灰霾的荷电性进行的，但技术更加复杂，对技术经济性要求更高，适用范围要求更广。消减方法可分为干法消减和湿法消减；也可分为物理消减法、化学消减法和光化学消减法等。近年来已公开了一系列通过电、磁、光、声、化学和光化学等方式消减灰霾的专利技术专利。在晴天时通过自然和人工强化方式，将灰霾通过沉降或吸附的方式停留在地面、构筑物或植物表面上的方法是干法消减，粒径越小效果越差，短时段内对PM2.5的消减效果并不明显。通过自然和人工的云、雾、雨，将灰霾浓度降低的方法是湿法消减，短时段内PM1.0以下灰霾粒子很难被水润湿和凝聚，因为灰霾粒子通常为空气或有机物紧密包裹住，特别是为有机物包裹后的亲水性大大降低。浙江大学专利技术专利CN104815496A（2015-08-05）采用喷淋荷电水雾以高效消减大气雾霾；中国矿业大学专利技术专利CN106902595A（2017-06-30）中采用喷淋磁化水降低水的表面张力以提高雾霾消减效果；中国地质大学（北京）专利技术专利CN105013255A（2015-11-04）中采用袋式除尘器原理，将除雾霾装置加装在车辆上进行移动消减；中信重工机械股份有限公司专利技术专利CN105890074A（2016-08-24）中借用电除尘技术原理，将含有气溶胶污染物粒子的空气输入大型电除尘器中，使污染物粒子快速集聚在电极板上消减，从而输出清洁空气；专利技术专利CN105536987A（2016-05-04）中借用空气净化器原理，采用大型负离子、正离子或正负离子发生器向大气二次无机气溶胶发送正负离子，以中和气溶胶污染物所带电荷，加快其凝聚和沉降消减。灰霾消减涉及到气溶胶粒子的吸附和凝聚，是一个复杂的物理化学过程，可以采用化学沉降剂来促进灰霾消减。化学沉降剂可分为润湿沉降剂、凝并成核剂和吸湿性沉降剂三类。其作用原理是用喷洒和爆破分散在大气中的化学沉降剂改变大气中水滴的表面张力和表面自由能，提高水滴对灰霾粒子的亲和力和渗透力，使水滴能快速渗透到灰霾粒子内部，增加灰霾粒子重量，同时扩大了灰霾粒子体积和比表面积，进一步提高了灰霾粒子的吸附能力，在灰霾粒子的热运动过程中粒子逐步凝聚长大，自然沉降消减。专利公开的无机型化学沉降剂主要包括MgCl2、CaCl2、NaCl、AlCl3、Na2SiO3、Al2O3、SiO2等；有机型化学沉降剂主要包括高性能吸水树脂、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和非离子表面活性剂等，专利公开的化学沉降剂品种还比较少，推广应用的关键是解决产品的安全环保问题。中国科学院海洋研究所的专利技术专利CN104403633A（2015-03-11）和CN104492202A（2015-04-08）中采用安全环保的海藻酸钠和壳聚糖衍生物吸附消减雾霾；景德镇陶瓷学院的专利技术专利CN103861404A（2014-06-18）中将比空气比重小的气体鼓入表面活性剂水溶液中，利用产生的不断增大和上升的气泡去吸附大气雾霾，气泡破裂后雾霾粒子就凝聚沉降，该方法构思新颖，由于所需表面活性剂用量过大故实用性不强；湖南集能新材料股份有限公司的专利技术专利CN106345214A（2017-01-25）中采用表面活性剂、有机硅偶联剂、光催化剂、抑菌剂、成膜剂等组合物作为雾霾快速净化剂，同样存在净化剂组成复杂、灰霾粒子捕集能力差和实用性不强的缺陷。在光催化剂存在下暴晒是降解和消减有机污染物最原始和经济的方法，典型的光催化剂是锐钛型纳米TiO2或掺杂纳米TiO2，它们在太阳光照射下能产生电子e-和空穴h+，能够使光催化剂表面吸附的H2O、O2、有机污染物氧化或还原，从而强力消减污染物。掺杂纳米TiO2光催化剂能明显改善污染表面的亲水和亲油性，使污染表面更容易为水和油润湿。目前已作为自清洁涂料组分应用于祛除太阳电池、建筑物、机动车、广告牌和公路护栏表面的污染物，但对于大气PM2.5的去除率并不高。主要原因是喷洒在污染空气中的含掺杂纳米TiO2光催化剂的水溶胶不能高效捕集灰霾粒子，在构筑物表面形成的涂层膜包裹了掺杂纳米TiO2光催化剂的活性点，急需开发经济适用和安全环保的光催化雾霾清除技术，实现大气污染的标本兼治。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光催化灰霾消减剂，由静电吸附剂、化学沉降剂、光催化剂、溶胶稳定剂、有机硅偶联剂和溶剂组成，以可见光激活的掺杂纳米TiO2/Fe2O3/Al2O3/SiO2作为主要组分，所含的纳米氧化物一剂多用，将其溶胶直接喷洒在含灰霾的空气中或涂布在构筑物表面上，通过静电吸附、化学沉降和光催化分解复合作用消减室内外灰霾，克服了现有光催化灰霾消减产品对灰霾粒子捕集能力差和实用性不强的缺陷。本专利技术光催化灰霾消减剂配方的质量百分比组成为：掺杂纳米TiO20.1%-1.5%纳米Fe2O30.05%-1.1%纳米Al2O30.05%-0.6%纳米SiO20.1%-2%有机硅偶联剂0.05%-1.5%溶胶稳定剂1%-10%有机溶剂10%-30%水余量。本专利技术光催化灰霾消减剂配方中静电吸附剂是掺杂纳米TiO2、纳米Fe2O3和纳米Al2O3，粒径为5-20nm，由对应的乙酰丙酮配位化合物分解形成。它们本身都带正电荷，对通常带负电荷的灰霾粒子具有强烈的静电吸引力；静电吸引使通常带负电荷的灰霾粒子克服了自身的静电排斥聚集在一起形成大的灰霾粒子，有利于其自然重力沉降消减。本专利技术光催化灰霾消减剂配方中掺杂纳米TiO2、纳米Fe2O3和纳米Al2O3金属离子正电荷与纳米SiO2的摩尔比为2-3：1，以确保能够完全抵消纳米SiO2粒子所带的负电荷，使形成的溶胶粒子总体上带过量正电荷。本专利技术光催化灰霾消减剂配方中化学沉降剂是掺杂纳米TiO2、纳米Fe2O3、纳米Al2O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化灰霾消减剂，其特征在于由静电吸附剂、化学沉降剂、光催化剂、溶胶稳定剂、有机硅偶联剂和溶剂组成，以可见光激活的掺杂纳米TiO2/ Fe2O3/Al2O3/SiO2 作为主要组分，所含纳米氧化物一剂多用，配方的质量百分比组成为：掺杂纳米TiO2      0.1%‑1.5%纳米Fe2O3         0.05%‑1.1%纳米Al2O3          0.05%‑0.6%纳米SiO2          0.1%‑2%有机硅偶联剂     0.05%‑1.5%溶胶稳定剂       1%‑10%有机溶剂         10%‑30%水               余量。

【技术特征摘要】
1.一种光催化灰霾消减剂，其特征在于由静电吸附剂、化学沉降剂、光催化剂、溶胶稳定剂、有机硅偶联剂和溶剂组成，以可见光激活的掺杂纳米TiO2/Fe2O3/Al2O3/SiO2作为主要组分，所含纳米氧化物一剂多用，配方的质量百分比组成为：掺杂纳米TiO20.1%-1.5%纳米Fe2O30.05%-1.1%纳米Al2O30.05%-0.6%纳米SiO20.1%-2%有机硅偶联剂0.05%-1.5%溶胶稳定剂1%-10%有机溶剂10%-30%水余量。2.按权利要求1所述的光催化灰霾消减剂，其特征在于配方中静电吸附剂是掺杂纳米TiO2、纳米Fe2O3和纳米Al2O3，粒径为5-20nm，本身都带正电荷，对通常带负电荷的灰霾粒子具有强烈的静电吸引力。3.按权利要求1所述的光催化灰霾消减剂，其特征在于配方中化学沉降剂是掺杂纳米TiO2、纳米Fe2O3、纳米Al2O3和纳米SiO2，粒径为5-20nm。4.按权利要求1所述的光催化灰霾消减剂，其特征在于配方中光催化剂是Fe-Al共掺杂纳米TiO2，由金属钛、铁和铝的硫酸盐以摩尔比：Ti:Fe:Al=1:0.2-1:0.2-1混合后共沉淀，再通过溶剂热法制备，在可见光照射下具有良好的光催化能力和能够大幅降低表面张力。5.按权利要求1所述的光催化灰霾消减剂，其特征在于配方中溶胶稳定剂是乙酰丙酮和乙酸，控制投料摩尔比为：金属离子正电荷:乙酰丙酮=1:0.6-1.2，加入乙酸使溶胶pH为3-4。6.一种光催化灰霾消减剂的制备方法，其特征在于制备过程的技术方案和步骤为：（1）分别将化学试剂硫酸氧钛、硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建生，高洋，韩秋坡，尹浩南，杜秋雨，刘炳光，
申请(专利权)人：天津市职业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12