一种光催化剂及其制备方法、空气净化剂技术

本发明专利技术提供了一种光催化剂及其制备方法、空气净化剂。本发明专利技术的光催化剂包含主催化剂活性组分和助催化剂活性组分，其中所述助催化剂活性组分的量是所述主催化剂活性组分的0.1‑2.5重量％，所述主催化剂活性组分为5‑20重量％的金红石型二氧化钛和余量的锐钛矿型二氧化钛，其中所述光催化剂是在氨气气氛下经过程序化焙烧得到的。包含本发明专利技术光催化剂的空气净化剂能够高效地去除甲醛和苯，8h内甲醛的去除率高达95％；4h内苯的去除率可高达97％。

A photocatalyst and its preparation method, air purifier

The invention provides a photocatalyst, a preparation method and an air purifier. The photocatalyst of the invention comprises the active component of the main catalyst and the active component of the auxiliary catalyst, wherein the amount of the active component of the auxiliary catalyst is 0.1-2.5% by weight of the active component of the main catalyst, the active component of the main catalyst is 5-20% by weight of the rutile titanium dioxide and the residual anatase titanium dioxide, wherein the photocatalyst passes through under the atmosphere of ammonia gas Obtained by programmed roasting. The air purifier containing the luminescent photocatalyst can effectively remove formaldehyde and benzene, and the removal rate of formaldehyde in 8h is as high as 95%; the removal rate of benzene in 4H is as high as 97%.

【技术实现步骤摘要】
一种光催化剂及其制备方法、空气净化剂
本专利技术涉及环保领域，具体涉及一种光催化剂及其制备方法，以及包含光催化剂的空气净化剂。
技术介绍
甲醛是一种无色、易溶的刺激性气体，是公认的强毒物质，对人体的毒害具有强毒性，被世界卫生组织(WHO)确定为可疑致畸、致癌物质。甲醛可经呼吸道吸收，甲醛经过致组织活性氧增加、脂质过氧化反应、影响机体的免疫系统以及与生物大分子作用等使机体发生损伤；甲醛对皮肤黏膜也具有刺激作用，可引起过敏性皮炎、色斑、肌肤坏死等；除外，甲醛还具有强烈的致癌性，可引起鼻癌、血癌等。而且，高浓度甲醛对呼吸系统、神经系统、免疫系统、肝脏都有危害。由此可见，甲醛，尤其是高浓度的甲醛，会严重危及人体健康，不得不让人高度重视。苯是一种无色、易挥发、有特殊的气味的具有致癌毒性的液体。苯是重要的化工原料，可以制作塑料、橡胶、纤维、染剂、去污剂和杀虫剂，与日常生活息息相关。由于苯的挥发性大，暴露于空气中易扩散，人和动物吸入或皮肤接触大量苯导致进入体内，引起急性和慢性苯中毒，长期吸入会侵害神经系统，产生神经痉挛、昏迷或死亡。然而，车内、室内的多种物质均能释放甲醛及苯，如人造板材、地毯、沙发、织物、油漆涂料、保温材料、各种橡胶部件及塑料部件等。据中国预防医学科学院提供的资料，人的一生中2/3以上的时间都是在室内(包括车内)度过的，尤其是婴幼儿、儿童、青少年和老弱病残者，因此，室内环境污染对人类健康的危害最为直接，且危害程度更大。目前室内专用除苯的产品几乎没有，甲醛清除技术主要有：1)物理吸附技术，该技术主要采用多孔性物质(活性炭、分子筛)吸附甲醛；物理吸附剂吸附量有限，且使用不便，需要经常更换，形成二次污染；2)化学吸附技术，该类技术主要利用含有酰肼(肼类化合物，具有甲醛清除效果)的清除剂，但是，在使用中存在游离肼、毒性高等隐患，长期使用会造成环境污染，且影响居室内的用户健康；3)天然物质去除甲醛技术，该类技术的清除剂主要利用天然物质提取物吸附甲醛，该类清除剂作用效果慢，且在室内环境下易降解。由于甲醛散发是一个缓慢、长久的过程，因此该类产品不能长久去除甲醛。4)光催化剂技术，光催化剂主要是指二氧化钛(TiO2)，已经有报道公开了以锐钛矿二氧化钛为光催化剂的空气净化剂。二氧化钛光催化技术具有低成本、能耗低、操作简单的优点而受到广泛的关注，是最有前景的降解VOCs的技术。然而二氧化钛禁带宽度为3.2eV，光学吸收边为380nm，只能在仅占太阳光4％的紫外光激发下才能表现出光催化活性。因此二氧化钛作为光催化剂在室内使用时，难以高效去除甲醛，且普通光催化剂对苯的降解能力更弱，光解效率低，易中毒失活。根据公认的光催化机理可知：在紫外光照射下，TiO2内产生光生电子空穴对；而光生电子在极短的时间内(ps)迁移到TiO2表面，被表面的吸附物质所捕获；同时，空穴与吸附在TiO2表面的水分子及氢氧根离子反应形成氧化剂·OH。以上反应的发生时间都在纳秒内。另外，光生电子与空穴还会在TiO2体内复合，从而严重的影响光催化效率。因此，载流子的捕获与复合之间的竞争对光催化反应至关重要。那么，提高捕获剂分子氧的数量，抑制载流子的复合以及稳定·OH都对光催化反应十分重要。为了克服现有技术中的上述问题，提出了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供能够有效净化空气中诸如甲醛、苯等有害物质的光催化剂以及由此形成的空气净化剂，从而解决现有技术中存在的问题。本专利技术提供了一种光催化剂，其包含主催化剂活性组分和助催化剂活性组分，其中所述助催化剂活性组分的量是所述主催化剂活性组分的0.1-2.5重量％，所述主催化剂活性组分为5-20重量％的金红石型二氧化钛和余量的锐钛矿型二氧化钛。本专利技术的光催化剂是经过在氨气气氛下程序化焙烧得到的。在一个实施方式中，所述助催化剂活性组分的量是所述主催化剂活性组分的0.1-2.5重量％，优选1.4-2.4重量％，例如是1.4重量％、2.2重量％、2.4重量％。在一个实施方式中，所述主催化剂活性组分为5-20重量％的金红石型二氧化钛和余量的锐钛矿型二氧化钛。优选金红石型二氧化钛的量为5-10重量％，例如8重量％。在一个实施方式中，所述助催化剂活性组分选自五氧化二钒、氧化钨及氧化铈、氧化镧、氧化铜中的一种或多种。在一个实施方式中，所述光催化剂颗粒的一次粒径为10-30nm，二次粒径小于100nm。本专利技术人经研究发现，通过溶胶凝胶法—程序化焙烧技术可改善TiO2的可见光吸收能力、电子空穴分离程度以及表面吸附氧的数量，制备得到的光催化剂能够光降解苯，能够在室内自然光、灯光或弱光的室温条件下催化降解甲醛。在本专利技术中，程序化焙烧先利用氨气做为氮源，通过气氛的变化调控氮原子掺杂进TiO2晶格的位置；再利用真空处理，使TiO2表面产生氧空位，降低了O2分子的吸附能，从而使更多的O2吸附在材料表面，同时表面氧空位能够有效地捕获电子，促进载流子分离。制备出的光催化剂具有强的可见光吸收，快的电子空穴分离及更多的超氧负离子自由基。本专利技术提供了一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)取钛酸烷基酯滴加到有机醇中，搅拌均匀得溶液A，其中钛酸烷基酯和有机醇的体积比为1:4-8；2)取与步骤1)等量的有机醇，与蒸馏水混合均匀，得到混合溶液，将助催化剂水溶性盐的水溶液加入到所述混合溶液中，并利用盐酸将pH调节到1.2-1.6，得到助催化剂溶液，随后在剧烈搅拌下，将所述助催化剂溶液缓慢滴加入所述溶液A中，得到溶胶B；其中，有机醇和蒸馏水的体积比为1∶2-10；3)将所述溶胶B自然老化12-24h，得到凝胶，将所述凝胶在80-120℃的温度下烘干，得到光催化剂前体；4)将所述光催化剂前体在氨气气氛下进行焙烧得到所述光催化剂。在一个实施方式中，所述焙烧的条件包括：在氨气气氛下，在350-400℃温度下热处理2-4h，随后在真空条件下，在420-450℃温度下热处理2-4h。在一个优选的实施方式中，所述焙烧的条件是：在氨气气氛下，在400℃温度下热处理2-4h，随后在真空条件下，在450℃温度下热处理2h。本专利技术提供了一种空气净化剂，包含：按重量百分比计，本专利技术的光催化剂0.1-5％、功能性离子液体0.1-2％、乙烯脲2-10％、分散剂0.1-1％、附着剂0.1-1％、表面活性剂0.1-2％、植物提取物0.1-0.5％。在一些实施方式中，按重量百分比计，光催化剂的量为0.1-5％，例如是1％、3％；功能性离子液体的量为0.1-2％，例如是1％、1.5％；乙烯脲的量为2-10％，例如是6％、8％；分散剂的量是0.1-1％，例如是0.5％、0.8％；附着剂的量为0.1-1％，例如是0.4％、0.8％；表面活性剂的量为0.1-2％，例如是1％、1.5％；植物提取物的量为0.1-0.5％，例如是0.3％。在一个实施方式中，所述功能性离子液体中的阳离子选自烷基链上含有-NH2的咪唑阳离子和烷基季磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化剂，其特征在于，包含主催化剂活性组分和助催化剂活性组分，/n其中所述助催化剂活性组分的量是所述主催化剂活性组分的0.1-2.5重量％，所述主催化剂活性组分为5-20重量％的金红石型二氧化钛和余量的锐钛矿型二氧化钛，其中所述光催化剂是在氨气气氛下经过程序化焙烧得到的。/n

【技术特征摘要】
1.一种光催化剂，其特征在于，包含主催化剂活性组分和助催化剂活性组分，
其中所述助催化剂活性组分的量是所述主催化剂活性组分的0.1-2.5重量％，所述主催化剂活性组分为5-20重量％的金红石型二氧化钛和余量的锐钛矿型二氧化钛，其中所述光催化剂是在氨气气氛下经过程序化焙烧得到的。


2.根据权利要求1所述的光催化剂，其特征在于，所述助催化剂活性组分选自五氧化二钒、氧化钨及氧化铈、氧化镧、氧化铜中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的光催化剂，其特征在于，所述光催化剂颗粒的一次粒径为10-30nm，二次粒径小于100nm。


4.权利要求1-3中任一项所述的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)取钛酸酯滴加到有机醇中，搅拌均匀得溶液A，其中钛酸烷基酯和有机醇的体积比为1:4-8；
2)取与步骤1)等量的有机醇，与蒸馏水混合均匀，得到混合溶液，将助催化剂水溶性盐的水溶液加入到所述混合溶液中，并将pH调节到1.2-1.6，得到助催化剂溶液，随后在剧烈搅拌下，将所述助催化剂溶液缓慢滴加入所述溶液A中，得到溶胶B；其中，所述有机醇和蒸馏水的体积比为1∶2-10；
3)将所述溶胶B自然老化12-24h，得到凝胶，将所述凝胶在80℃-120℃的温度下烘干，得到光催化剂前体；
4)将所述光催化剂前体经程序化...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海鹏，余佳龙，王胜波，余佳俊，余佳欣，刘美端，
申请(专利权)人：刘美端，
类型：发明
国别省市：北京;11