酚醛树脂光催化剂制备及其杀菌消毒的方法技术

本发明专利技术公开了一种酚醛树脂光催化剂的制备方法，还公开了该酚醛树脂光催化剂对水体、空气或物体表面的杀菌消毒方法：可见光或紫外光或太阳光照射下，酚醛树脂光催化剂产生电子空穴对和多种自由基，电子空穴对和自由基作用于水体、空气或物体表面的细菌，破坏细菌结构，造成细菌死亡。本发明专利技术还公开了所述酚醛树脂光催化剂的制备方法。本发明专利技术的酚醛树脂光催化剂优势：合成工艺简单，不需要强酸强碱的催化剂，反应温度较低；抗腐蚀性强，酚醛树脂本身具有抗腐蚀性；价格低，所需原料均较便宜；有可见光活性，对可见光响应，不需要紫外光做为激发光源；同时比表面积大。本发明专利技术特别适用于低浓度菌液废水的处理，如自然水体直接取用的水。

Preparation of phenol formaldehyde resin photocatalyst and its sterilization method

【技术实现步骤摘要】
酚醛树脂光催化剂制备及其杀菌消毒的方法
本专利技术涉及一种酚醛树脂光催化剂的制备方法。本专利技术还涉及所述酚醛树脂光催化剂对于水体、空气或物体表面的杀菌消毒方法。
技术介绍
细菌污染随处可见，尤其是水体中的细菌污染，细菌大量繁殖变异首先会毒害水生生物，其次威胁人类的健康和安全，严重影响人们的正常生活。当前水体净化消毒主要有物理和化学两大消毒法，常用的物理消毒法有加热法、γ辐射法和紫外线照射法，其中应用较多的是紫外线照射法，常用的化学法有投加重金属离子、投加碱或酸，投加表面活性剂，投加氧化剂(氯及其化合物、溴、碘、臭氧)等，其中应用较多的是投加氧化剂法。但是上述两种方法都存在各自的问题。对水体、空气或物体表面进行杀菌消毒的方法有很多，但各有其不足之处，如不够安全可靠、成本较高等等。故需寻找安全可靠的杀菌消毒方法，光催化杀菌技术由于无化学氧化剂添加、可直接利用太阳光等优点而被广泛研究。在这些工作中，半导体光催化剂经光辐照射产生的羟基自由基和价带空穴是主要的氧化剂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题，就是提供一种酚醛树脂光催化剂制备方法。本专利技术所要解决的第二个技术问题，就是提供所述酚醛树脂光催化剂对于水体、空气或物体表面的杀菌消毒方法。本专利技术中的酚醛树脂具有光催化活性，能够光催化杀菌，不仅可用于水体光催化杀菌，还可以用于空气或物体表面光催化杀菌。本专利技术的酚醛树脂光催化剂在杀菌过程中是多种活性自由基协同作用使细菌灭活，活性自由基与细菌接触，破坏细菌结构，导致细菌死亡，其中单态氧和超氧自由基是主要活性自由基发挥主要作用，空穴、过氧化氢和电子是次要活性自由基发挥辅助作用，羟基自由基不直接灭活细菌。采用本专利技术的制备方法制备的光催化剂对废水水体、空气和物体表面进行杀菌消毒，利用光催化剂在可见光或紫外光或太阳光照射下产生的多种自由基与细菌作用，破坏细菌结构，导致细菌死亡，达到杀菌消毒目的，对于可见光的利用也具备低成本和环境友好的特性。解决上述第一个技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种酚醛树脂光催化剂制备方法，其特征是：包括如下步骤：S1，将定量酚类物质加水搅拌，水量为1～2L/mol(酚类物质)，加热控制温度范围为40～90℃，并持续搅拌5～20min至其完全溶解；S2，在步骤S1所得之酚类溶解液中加入催化剂，催化剂用量为酚类物质质量的1％～10％，然后加入甲醛，且使得酚类物质与甲醛的摩尔比为1:1～1:5，持续搅拌直至凝聚反应发生，凝聚反应的温度为40～90℃，凝聚反应发生后继续反应0.5～5h，得到水凝胶；S3，将得到的水凝胶置于真空干燥箱中，抽真空，真空范围为-0.06～-0.009MPa，控制温度100～200℃，真空干燥8～24h，得到干凝胶；S4，将干凝胶先经研钵研磨成颗粒状固体，再经球磨机湿式球磨15～45min，最后通风干燥得到粉末状酚醛树脂。所述的酚类物质包括苯酚、间二苯酚或酚类物质的衍生物；所述的酚类物质的衍生物包括二羟基苯甲酸和二羟基甲苯。优选地，所述的醛类物质为甲醛。优选地，所用的催化剂包括碳酸钠、酸或碱。所述的酚醛树脂光催化剂杀菌消毒的原理：可见光或紫外光或太阳光照射下，酚醛树脂光催化剂产生电子空穴对和多种自由基，电子空穴对和自由基作用于水体、空气或物体表面的细菌，破坏细菌结构，造成细菌死亡。解决上述第二个技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种酚醛树脂光催化剂水体中杀菌消毒的方法，其特征是：在可见光或紫外光或太阳光照射下，酚醛树脂光催化剂悬浮于水体中或被固定负载于载体上然后用于水体杀菌消毒。所述的可见光或紫外光或太阳光的强度为10mW/cm2～100mW/cm2。所述的载体包括聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乙烯复合(PET+PE)材质的塑料薄膜、金属钛片、玻璃、浮石、陶瓷、不锈钢丝、黏土、多孔隙吸附剂或高分子聚合物。所述的悬浮于水体中的光催化剂的浓度为0.2～2.0mg/mL，固定负载时光催化剂的负载量为0.25mg/cm2。优选地，所述的光催化杀菌消毒的反应时间为2h～10h。所述的水体中大肠杆菌的浓度为105～107CFU/mL。(实验选择的浓度参数)图1为光催化反应系统，由仪器主机、光源与搅拌系统、反应盘装置保护外罩构成，是一个统一整体，是泊菲莱生产的多通道光催化反应系统。本专利技术的原理是：在图1所示的光催化反应体系中加入光催化剂，对水体则搅拌使其呈分散悬浮状态，或将其固定负载于载体上然后用于水体杀菌，在可见光或紫外光或太阳光照射下，利用光催化产生的多种活性自由基作用于细菌，破坏细菌结构，造成细菌死亡。本专利技术利用制备的酚醛树脂光催化剂，在可见光或紫外光或太阳光照射下在光催化反应器中进行细菌灭活实验，水体中杀菌消毒装置如图1所示。实验证明了本光催化剂的光催化杀菌活性。菌液初始浓度106CFU/mL的反应体系中，反应5h后大肠杆菌的灭活效率为99.96％，且细菌完全彻底死亡，不会出现再复活现象。此外，实验证明共存离子会造成杀菌效果的降低。一种酚醛树脂光催化剂空气中杀菌消毒的方法，其特征是：在可见光或紫外光或太阳光照射下，酚醛树脂光催化剂直接或被固定负载于墙面或其他载体上，与空气接触用于空气中杀菌消毒。一种酚醛树脂光催化剂对物体表面杀菌消毒的方法，其特征是：在可见光或紫外光或太阳光照射下，酚醛树脂光催化剂被固定负载于物体表面或直接以酚醛树脂为原料制备的物品，可用于物体表面杀菌消毒。本专利技术的效果和益处是：利用了酚醛树脂光催化剂，材料制备简单，价格便宜，同时材料具有较好的杀菌性能，可造成细菌的彻底死亡。本专利技术特别适用于低浓度菌液废水的处理，如自然水体直接取用的水。本专利技术中的酚醛树脂光催化剂具有独特的优势：合成工艺简单，不需要强酸强碱的催化剂，反应温度较低；抗腐蚀性强，酚醛树脂本身具有抗腐蚀性；价格低，所需原料均较便宜；有可见光活性，对可见光响应，不需要紫外光做为激发光源；同时比表面积大。附图说明图1为悬浮体系光催化装置图；图2为悬浮体系中光催化杀菌效果图；图3为悬浮体系中循环光催化杀菌效果图；图4为光催化剂固定负载示意图和光催化杀菌效果图。图5为本光催化材料的扫描电子显微镜表征图；图6为本光催化材料的X射线衍射图。具体实施方式气体中杀菌消毒实施例：催化剂负载于墙面或其他载体上，接触空气，或者催化剂直接接触空气，太阳光或可将光照射下产生电子空穴对和自由基，破坏空气中细菌的细胞结构造成细菌死亡。物体表面杀菌消毒实施例：制备酚醛树脂光催化剂负载于物体表面或直接以酚醛树脂为原料制备物品，太阳光或可见光照射下产生电子空穴对和自由基，可破坏与物体表面接触的细菌的细胞结构，造成细菌死亡。酚醛树脂光催化剂水体中杀菌消毒的方法实施例150ml反应体系中大肠杆菌的初始浓度为106C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酚醛树脂光催化剂制备方法，包括如下步骤：/nS1，将定量酚类物质加水搅拌，水量为1～2L/mol(酚类物质)，加热控制温度范围为40～90℃，并持续搅拌5～20min至其完全溶解；/nS2，在步骤S1所得之酚类溶解液中加入催化剂，催化剂用量为酚类物质质量的1％～10％，然后加入甲醛，且使得酚类物质与甲醛的摩尔比为1:1～1:5，持续搅拌直至凝聚反应发生，凝聚反应的温度为40～90℃，凝聚反应发生后继续反应0.5～5h，得到水凝胶；/nS3，将得到的水凝胶置于真空干燥箱中，抽真空，真空范围为-0.06～-0.009MPa，控制温度100～200℃，真空干燥8～24h，得到干凝胶；/nS4，将干凝胶先经研钵研磨成颗粒状固体，再经球磨机湿式球磨15～45min，最后通风干燥得到粉末状酚醛树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种酚醛树脂光催化剂制备方法，包括如下步骤：
S1，将定量酚类物质加水搅拌，水量为1～2L/mol(酚类物质)，加热控制温度范围为40～90℃，并持续搅拌5～20min至其完全溶解；
S2，在步骤S1所得之酚类溶解液中加入催化剂，催化剂用量为酚类物质质量的1％～10％，然后加入甲醛，且使得酚类物质与甲醛的摩尔比为1:1～1:5，持续搅拌直至凝聚反应发生，凝聚反应的温度为40～90℃，凝聚反应发生后继续反应0.5～5h，得到水凝胶；
S3，将得到的水凝胶置于真空干燥箱中，抽真空，真空范围为-0.06～-0.009MPa，控制温度100～200℃，真空干燥8～24h，得到干凝胶；
S4，将干凝胶先经研钵研磨成颗粒状固体，再经球磨机湿式球磨15～45min，最后通风干燥得到粉末状酚醛树脂。


2.根据权利要求1所述的酚醛树脂光催化剂制备方法，其特征是：所述的酚类物质包括苯酚、间二苯酚或酚类物质的衍生物；所述的酚类物质的衍生物包括二羟基苯甲酸和二羟基甲苯。


3.根据权利要求1所述的酚醛树脂光催化剂制备方法，其特征是：所述的醛类物质为甲醛。


4.根据权利要求1所述的酚醛树脂光催化剂制备方法，其特征是：所述的催化剂包括碳酸钠、酸或碱。


5.如权利要求1-4任意一项所述的酚醛树脂光催化剂水体中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冠，宋霄，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44