富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用制造技术

本发明专利技术实施例涉及富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用，其中：富勒烯包括空心富勒烯和金属富勒烯中的至少一种；富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的至少一种；复合材料中半导体本体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰中的至少一种。该复合材料在光催化去除室内VOCs的过程中太阳能的利用效率高，同时，在反应过程中不会产生有害的产物O

Application of fullerenes and their derivatives supported semiconductor composites in photocatalytic degradation of VOCs

【技术实现步骤摘要】
富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用
本专利技术涉及光催化领域，具体涉及富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用。
技术介绍
随着我国新建建筑大量涌现，建筑装修装饰和家具散发的挥发性有机化合物(VOC)引起的室内空气污染已严重危害了人们身体健康和生活质量。VOCs对人体的呼吸系统、心血管系统和神经系统会产生明显的不良影响，甚至还会致癌，在美国环保署(EPA)制定的大气有毒污染物名单中，就有50种是VOCs。研究表明，VOCs污染是我国室内普遍存在的现象，因此，如何消除室内空气中的VOCs是我国室内环境领域急需研究和解决的热点问题。消除室内VOCs的主要手段有污染源控制、通风稀释和空气净化三种。对VOCs污染源进行控制是最治本的方法，然而在很多情况下难以实现。增加室内新风量来稀释VOCs则会增大采暖或空调能耗，在室外空气品质不好的地方或没装新风管的建筑内区也难以用通风来改善室内空气品质。空气净化可以有效降低室内VOCs浓度，减少人们对新风量的要求，节约室内的采暖、空调能耗，是控制室内VOCs污染不可或缺的手段。按净化原理，空气净化技术大致可分为四种：物理吸附法、化学法、离子化法、光催化法。光催化法具有广谱性的优点，去臭和除VOCs(氧化成CO2和H2O)都非常有效，同时又具有灭菌功能。但是，现有的利用紫外光催化的技术，通常具有以下缺点：1)太阳能的利用率较低；2)在利用紫外光源时，会生成有害产物O3；3)光生载流子的复合率很高，导致量子效率较低，难以处理数量大、浓度高的室内VOCs污染；4)所使用的光催化材料的可重复利用度极低。此外，目前市面上尚未有明确的用于光催化降解VOCs的产品。因此，寻找高效、稳定、能反复利用、成本低、无毒的去除室内VOCs的光催化材料迫在眉睫，对通过使用光催化氧化手段控制室内VOCs污染的应用无疑具有非常重要的意义。近年来，光催化材料与碳材料的复合引起了科学家们的极大关注。富勒烯作为一种具有良好的光学特性和量子特性的碳材料，在半导体、光电和能量储存等领域具有巨大的应用潜力，其物理化学性质极为丰富，且种类繁多，碳笼的点群对称性也纷杂多变。然而，富勒烯衍生物负载的半导体复合材料在去除室内VOCs污染方面的应用还未见报道。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
专利技术目的为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用。该复合材料在光催化去除室内VOCs的过程中太阳能的利用效率高，同时，在反应过程中不会产生有害的产物O3，可以处理数量大、浓度高的室内VOCs污染，且复合材料结构稳定、能反复使用，降解室内VOCs污染物性能优异，成本低。解决方案为实现本专利技术目的，本专利技术实施例提供了一种富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用，其中：富勒烯包括空心富勒烯和金属富勒烯中的一种或多种；富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的一种或多种；复合材料中半导体本体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰中的一种或多种。上述应用在一种可能的实现方式中，所述VOCs包括氨、苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种；可选地，所述VOCs包括苯、甲苯或二甲苯中的一种或多种；进一步可选地，所述VOCs为TVOCs，所述TVOCs中，苯、甲苯、二甲苯的体积比为1：1：1。上述应用在一种可能的实现方式中，富勒烯包括空心富勒烯或金属富勒烯，所述空心富勒烯包括C60、C70、C76、C78、C84中的一种或多种，所述金属富勒烯包括为A2C2@C2m或为B3N@C2m，其中A＝Sc、La、Y中的一种或多种；其中B＝Sc、La、Y、Ho、Lu、Dy、Er中的一种或多种；m＝39～44；可选地，富勒烯为空心富勒烯C60或空心富勒烯C70。上述应用在一种可能的实现方式中，富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物或富勒烯羟基化衍生物；可选地，包括富勒烯羧基化衍生物或富勒烯氨基化衍生物；进一步可选地，包括富勒烯氨基化衍生物。上述应用在一种可能的实现方式中，复合材料中半导体本体上富勒烯和/或富勒烯衍生物的负载量为复合材料重量的0.3％-6％；可选地为0.5％-1.5％；进一步可选地为1％。上述应用在一种可能的实现方式中，复合材料中半导体本体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡或氧化锰；可选地，包括二氧化钛。上述应用在一种可能的实现方式中，富勒烯负载的半导体复合材料包括选自C60/TiO2、C70/TiO2、富勒烯混合物/TiO2中的一种或多种复合材料；富勒烯混合物/TiO2指的是将包括多种富勒烯(如C60、C70、C76、C78、C84等)的混合物与TiO2进行复合得到的复合材料；富勒烯衍生物负载的半导体复合材料包括选自C60(C(COOH)2)m1/TiO2、C70(C(COOH)2)m2/TiO2、富勒烯混合物-(C(COOH)2)m3/TiO2、C60(NH2)n1/TiO2、C70(NH2)n2/TiO2、富勒烯混合物-(NH2)n3/TiO2、C60(OH)f1/TiO2和C70(OH)f2/TiO2、富勒烯混合物-(OH)f3/TiO2中的一种或多种复合材料，其中：m1、m2、m3相互独立地选自1～4，n1、n2、n3相互独立地选自6～10，f1、f2、f3相互独立地选自12～25。富勒烯混合物-(C(COOH)2)m3/TiO2指将包括多种富勒烯(如C60、C70、C76、C78、C84等)的混合物，进行羧基化修饰后，将羧基化修饰后的产物，与TiO2进行复合得到的复合材料；或者将C60(C(COOH)2)m1、C70(C(COOH)2)m2等富勒烯羧基化衍生物混合后，将该混合物与TiO2进行复合得到的复合材料；还可以是不同加成数目的C60(C(COOH)2)m1混合物或不同加成数目的C70(C(COOH)2)m1混合物等与TiO2进行复合得到的复合材料。富勒烯混合物(NH2)n3/TiO2、富勒烯混合物(OH)f3/TiO2同理。上述应用在一种可能的实现方式中，所述富勒烯及富勒烯衍生物负载的半导体复合材料通过以下步骤的方法制得：将半导体本体和/或半导体本体前体中的一种或多种以及富勒烯和/或富勒烯衍生物中的一种或多种在溶剂中混合均匀，进行溶剂热反应。上述应用在一种可能的实现方式中，所述溶剂热反应的条件为在120℃～200℃的条件下溶剂热反应12h～24h。上述应用在一种可能的实现方式中，所述半导体本体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰中的一种或多种；所述半导体本体前体包括钨酸铋前体、二氧化钛前体等中的一种或多种。上述应用在一种可能的实现方式中，所述溶剂热反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用，其中：富勒烯包括空心富勒烯和金属富勒烯中的一种或多种；/n富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的一种或多种；/n复合材料中半导体本体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.富勒烯及其衍生物负载的半导体复合材料在光催化降解室内VOCs中的应用，其中：富勒烯包括空心富勒烯和金属富勒烯中的一种或多种；
富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物、富勒烯羟基化衍生物中的一种或多种；
复合材料中半导体本体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化锰中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述VOCs包括氨、苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种；可选地，所述VOCs包括苯、甲苯或二甲苯中的一种或多种；进一步可选地，所述VOCs为苯、甲苯和二甲苯以1：1：1的体积比混合。


3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：富勒烯衍生物包括富勒烯氨基化衍生物、富勒烯羧基化衍生物或富勒烯羟基化衍生物；可选地，包括富勒烯羧基化衍生物或富勒烯氨基化衍生物；进一步可选地，包括富勒烯氨基化衍生物。


4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：复合材料中半导体本体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡或氧化锰；可选地，包括二氧化钛。


5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：富勒烯负载的半导体复合材料包括选自C60/TiO2、C70/TiO2、富勒烯混合物/TiO2中的一种或多种复合材料；
富勒烯衍生物负载的半导体复合材料包括选自C60(C(COOH)2)m1/TiO2、C70(C(COOH)2)m2/TiO2、富勒烯混合物-(C(COOH)2)m3/TiO2、C60(NH2)n1/TiO2、C70(NH2)n2/TiO2、富勒烯混合物-(NH2)n3/TiO2、C60(OH)f1/TiO2和C70(OH)f2/TiO2、富勒烯混合物-(OH)f3/TiO2中的一种或多种复合材料，其中：m1、m2、m3相互独立地选自1～4，n1、n2、n3相互独立地选自6～10，f1、f2、f3相互独立地选自12～25。


6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：复合材料中半导体本体上富勒烯和/或富勒烯衍生物的负载量为复合材料重量的0.3％-6％；可选地为0.5％-1....

【专利技术属性】
技术研发人员：王春儒，吴波，刘丽萍，韩伟，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，北京福纳康生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11