一种光催化光纤灯及其制作方法技术

一种光催化光纤灯及其制作方法。光纤灯包括光源发生器和光催化光纤，光催化光纤包括玻璃纤维纤芯和光催化涂覆层。制作方法是通过将玻璃纤维进行预处理后，与制得的掺杂过氧钛酸溶胶一同放入密闭水热反应釜中进行水热反应，溶胶在玻璃纤维表面结晶、长大、附着，一步实现水热晶化与同步负载，得到负载均匀、光催化活性高的光催化光纤，光催化光纤束与光源发生器进行组装后即得到光催化光纤灯。本发明专利技术利用玻璃纤维比表面积大和透光性优异的特性，实现了光催化剂的一次大量均匀负载和光能在纤芯与光催化涂覆层间的高效传输，光能利用率高、光催化活性强，解决了光催化材料在无光环境中应用难题，能有效分解空气中有毒有害气体、去除水体中污染物、杀菌抗菌、防霉除臭。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化光纤灯及其制作方法
本专利技术涉及环境净化
，尤其涉及具有环境净化功能的灯具

技术介绍
光催化材料由于其广谱、长效等特点被认为是目前世界上最具潜力的环境净化材料之一，而其中纳米二氧化钛是目前应用最广泛的一种光催化材料。二氧化钛(TiO2)是一种宽禁带半导体，在光照作用下，可以将绝大多数有机物矿化成为二氧化碳和水，因此在室内空气净化、水体污染治理、抗菌除臭等环保领域具有非常广泛的应用前景。但是，由于光催化材料对于光照的依赖，在无光环境中无法发挥其光催化作用，因此大大限制了光催化材料在日常生活中的使用范围。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，是由玻璃原料在高温熔融状态下拉丝制备而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、强度高、模量高等一系列优良性能，已经在航空、航天、化工冶金等各个领域得到了充分应用。由于其直径极小，为几个微米到二十几个微米之间，相当于一根头发丝的1/20-1/5，因此具有极高的比表面积，表面粗糙，物理化学性质稳定，十分适宜用作光催化材料的载体。目前，关于将玻璃纤维用作光催化剂的载体已有诸多报道，但在以玻璃纤维做载体的同时，利用玻璃纤维良好的导光性能和透光性，将玻璃纤维同时作催化剂的光源，相关应用研究还较少。玻璃光纤是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100μm左右。它是由纤芯和包层两层组成，纤芯的折射率大于包层的折射率，光由一端进入，在纤芯和包层的界面上经多次全反射，从另一端射出。光纤利用全反射原理将光能量限制在其中，使光线基本上全部在光纤中沿纤芯传播，没有光传输到包层中去，因此可以大大降低光的损耗和衰减。如果将包层材料用折射率大于纤芯折射率的材料代替，则光在沿纤芯传播的同时，也会有部分光通过折射和散射传输到包层中去。
技术实现思路
本专利技术即是利用上述玻璃光纤传输光纤的特点，在玻璃光纤表面形成光催化涂覆层，由于纳米二氧化钛涂覆层的折射率大于纤芯的折射率，因此光线既可以沿纤芯向前传播，又可以通过折射和散射传输到纳米二氧化钛涂覆层中，从而充分利用光能，发挥光催化作用，解决光催化材料在无光环境中的应用受到限制的问题，为光催化材料在景观水处理、密闭空间空气净化等领域提供了更多的应用形式。一种光催化光纤灯，其特征在于，包括光源发生器和光催化光纤。所述光源发生器为可发出不同波长光线的led光源，可根据不同的使用环境选择不同波长；所述光催化光纤包括玻璃纤维纤芯和光催化涂覆层；所述光催化涂覆层负载于玻璃纤维纤芯表面，可以同时接收纤芯中传输的光线以及外界光线，从而发挥其光催化净化作用。进一步，所述光源发生器发出的光线可在波长范围在200～780nm内的不同波长单色光之间切换。进一步，所述光催化光纤可通过光源发生器上的耦合头接入，与光源发生器组装成光催化光纤灯。进一步，所述玻璃纤维纤芯为高纯石英玻璃纤维、氧化硼石英玻璃纤维、掺氟石英玻璃纤维中的一种，直径在1～100μm之间，其折射率小于光催化涂覆层二氧化钛的折射率，保证光线能从玻璃纤维纤芯中通过折射、散射等方式传入光催化涂覆层。进一步，所述光催化涂覆层为具有可见光活性的纳米氮掺杂二氧化钛、银掺杂二氧化钛、铜掺杂二氧化钛、钨掺杂二氧化钛中的一种或几种，在紫外光线或可见光线下都可以发挥光催化作用。一种如上光催化光纤灯的制作方法，包括以下步骤：A、玻璃纤维预处理：将玻璃纤维分别在异丙醇溶液、盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中超声清洗10～30min后，在200℃～500℃温度下热处理1～3h；B、；将一定量的掺杂源按照质量分数为0.1％～3％与过氧钛酸溶胶混合，得到掺杂过氧钛酸溶胶前驱液；C、将步骤A中预处理后的玻璃纤维按照竖直的方向包裹到反应釜加热盘管外侧，并用玻璃纤维扎紧固定，然后向反应釜中加入一定量的步骤B中所得溶胶前驱液使其可以全部没过玻璃纤维，在一定的反应条件下，进行一步水热晶化与同步负载；D、将步骤C中反应完后的玻璃纤维取出，在80～150℃温度下干燥固化2～3h，得到光催化光纤；E、将步骤D中所得光催化光纤按照所需长度及样式制成光纤束，接入光源发生器的耦合头中，组装得到光催化光纤灯。进一步，步骤C中加入所述的玻璃纤维与溶胶前驱液的重量比为1∶20～1∶100，玻璃纤维与溶胶的比例越小，玻璃纤维表面二氧化钛的负载量越大，光催化涂覆层的厚度越厚。进一步，步骤C中所述的反应条件为温度90℃～160℃，压力1Mpa～5Mpa，反应时间3～5h，在此条件下，溶胶在玻璃纤维表面形成晶核并长大，实现水热晶化的同时牢固附着在玻璃纤维表面。本专利技术的有益效果是：本专利技术光催化光纤灯，不仅充分利用玻璃纤维比表面积大，性质稳定的特点，实现了光催化剂的大量、均匀负载，同时还利用了玻璃纤维与纳米二氧化钛间的折射率差，通过薄膜厚度调控，实现光线从玻璃纤维纤芯向光催化涂覆层的高效传输，提高了光能利用率和光催化剂的效率，充分发挥其光催化作用，起到净化空气、水体污染治理、抗菌防霉等作用。附图说明图1为本专利技术方法光催化光纤制作过程示意图，图中，1为水热反应釜，将玻璃纤维3按照竖直方向固定到加热盘管2的外侧，加入掺杂过氧钛酸溶胶前驱液4至其液面全部没过2和3，然后在一定条件下反应制得光催化光纤。图2为本专利技术实施例1中所制备的光催化光纤灯在密闭不锈钢反应器中对苯气体的降解曲线图，由图可以看出，在暗条件下，光催化光纤对苯具有良好的吸附性能，同时，在光照条件下，对苯具有优异的光催化降解性能。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行具体描述，以便于所属
的人员对本专利技术的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本专利技术做进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述
技术实现思路
对本专利技术所作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本专利技术的保护范围。实施例1将高纯石英玻璃纤维分别在异丙醇溶液、盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中超声清洗10min后，在200℃温度下热处理3h；将质量分数为0.5％的掺杂源硝酸银溶液与过氧钛酸溶胶混合，得到银掺杂过氧钛酸溶胶前驱液；将预处理后的高纯石英玻璃纤维50g按照竖直的方向包裹到2L反应釜加热盘管外侧，包裹时将玻璃纤维铺展开，避免重叠，并用玻璃纤维横向扎紧固定，然后向反应釜中加入1000g上述步骤中所得银掺杂过氧钛酸溶胶前驱液使其可以全部没过玻璃纤维，密闭反应釜并加压到3Mpa，加热温度到120℃并保温3h，进行一步水热晶化与同步负载；水热反应完后，打开反应釜，将负载后的玻璃纤维取出，放入干燥箱中在80℃温度下干燥固化3h，得到光催化光纤；将上述步骤中所得光催化光纤裁剪成10cm长，制成直径3cm的光纤束，将其中一头接入光源发生器的耦合头中，拧紧固定，组装得到光催化光纤灯。实施例2将氧化硼石英玻璃纤维分别在异丙醇溶液、盐酸溶液、去离子水和无水乙醇中超声清洗20min后，在300℃温度下热处理2h；...

【技术保护点】
1.一种光催化光纤灯，其特征在于，包括光源发生器和光催化光纤。所述光源发生器为可发出不同波长光线的led光源，可根据不同的使用环境选择不同波长；所述光催化光纤包括玻璃纤维纤芯和光催化涂覆层；所述光催化涂覆层负载于玻璃纤维纤芯表面，可以同时接收纤芯中传输的光线以及外界光线，从而发挥其光催化净化作用。/n

【技术特征摘要】
1.一种光催化光纤灯，其特征在于，包括光源发生器和光催化光纤。所述光源发生器为可发出不同波长光线的led光源，可根据不同的使用环境选择不同波长；所述光催化光纤包括玻璃纤维纤芯和光催化涂覆层；所述光催化涂覆层负载于玻璃纤维纤芯表面，可以同时接收纤芯中传输的光线以及外界光线，从而发挥其光催化净化作用。


2.根据权利要求1所述的光催化光纤灯，其特征在于，所述光源发生器发出的光线可在不同波长之间切换，波长范围在200～780nm之间。


3.根据权利要求1所述的光催化光纤灯，其特征在于，所述光催化光纤可通过光源发生器上的耦合头接入，与光源发生器组装成光催化光纤灯。


4.根据权利要求1所述的光催化光纤灯，其特征在于，所述玻璃纤维纤芯为高纯石英玻璃纤维、氧化硼石英玻璃纤维、掺氟石英玻璃纤维中的一种，直径在1～100μm之间，其折射率小于光催化涂覆层二氧化钛的折射率，保证光线能从玻璃纤维纤芯中通过折射、散射方式传入光催化涂覆层。


5.根据权利要求1所述的光催化光纤灯，其特征在于，所述光催化涂覆层为具有可见光活性的纳米氮掺杂二氧化钛、银掺杂二氧化钛、铜掺杂二氧化钛、钨掺杂二氧化钛中的一种或几种。


6.一种如权利要求1所述光催化光纤灯的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹文斌，王法国，刘文秀，孙芃，匡健磊，赵彦博，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11