一种用于VOCs和臭氧消除的光催化材料以及多层孔板式光催化反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于VOCs和O3消除的光催化材料以及多层孔板式光催化反应器。所述复合光催化材料的制备方法包括如下步骤：采用水热法，将纳米YVO4材料与纳米TiO2前驱体进行反应，一步合成YVO4/TiO2复合材料，并负载于聚四氟乙烯网上；YVO4/TiO2复合材料的表面经浓HCl浸渍，即得到负载型YVO4/TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种用于VOCs和臭氧消除的光催化材料以及多层孔板式光催化反应器


[0001]本专利技术涉及一种用于VOCs和臭氧消除的光催化材料以及多层孔板式光催化反应器。

技术介绍

[0002]近年来，随着环境污染日益突出，空气质量问题越来越受到人们的光注。其中，苯是一种常见的芳香族挥发性有机污染物，被国际组织定为强烈致癌物质。以TiO2为主的半导体光催化氧化技术以低成本、安全无毒、反应条件温和、可彻底矿化有机污染物等优点正逐步成为一种理想的环境污染治理技术。经研究表明，光催化技术可以在一定程度上降解苯，从而使污染得到治理，但是普通TiO2光催化剂对苯的降解效率明显偏低，而且还需要紫外光激发，使其实际应用效果大打折扣。因此，开发在可见光照射下能够高效降解苯等芳香族挥发性有机污染物的光催化剂，其理论和实际意义都是不言而喻的。
[0003]TiO2虽然在实际应用中显现出了极大的弊端，但其具有极强的化学稳定性和兼容性以及Ti-O键的独特性质，为其进一步改性创造了条件。Martra等(Martra G.,Applied.Catalysis A,2000,200(2):275-283.)将贵金属如Au、Ag、Pt、Ru等沉积在催化剂表面，产生表面等离子体共振效应，可以增强TiO2对可见光的吸收能力，实现可见光激发。Xie等(Xie Y B.，Environ.Sci.Technol.,1995,29:841-843.)利用高温焙烧的方式将金属离子嵌入到TiO2晶格之中，显著提升了催化材料的物理性质和催化能力。这两种改性方法从电子转移的角度入手，降低载流子复合率，可有效提升TiO2的光催化活性。除此之外，通过表面修饰的方法也能够得到具有可见光响应的高活性催化材料，例如赵进才等(Wu T.,Zhao J.,et al.，New J.Chem.,2000,24:93-98.)制备的染料光敏化材料和付贤智等人(付贤智等，催化学报，1999，20(3):321-324)的硫酸酸化TiO2分别在液相和气相反应中表现出了较强的降解性能。然而以上改性方法会或多或少地引入一些新的问题，如稳定性下降、成本激增、制备复杂等等。正因如此，半导体异质结光催化材料以其显著的促进效果、优异的稳定性及简单易用的制备方法，得到业界的广泛关注。另一方面，光催化反应始终没有大规模推向应用，其中最主要原因在于，规模放大之后，现有反应装置和体系无法保证充沛的进光量，能量不足导致光催化反应不能充分发生。现在唯一的使用方法是将光催化液体喷涂成膜，在充分光照条件下可以保证光催化反应进行，相关成果应用在大楼表面墙体、室内墙面等。但是该方法所形成的有效反应体积有限，反应物与催化剂的接触只能依赖被动气流，因此反应效率低下。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种YVO4/TiO
2-C，并基于该催化材料，提供一种多层孔板式光催化反应器，能够降解VOCs和消除臭氧。
[0005]本专利技术所提供的YVO4/TiO
2-C复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]采用水热法，将纳米YVO4材料与纳米TiO2前驱体进行反应，一步合成YVO4/TiO2复合材料，并负载于聚四氟乙烯网上；所述YVO4/TiO2复合材料的表面经浓HCl浸渍，即得到负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料。
[0007]上述的制备方法中，所述水热法的步骤如下：
[0008]将所述纳米TiO2前驱体转移至水热反应釜中，并调节pH值至3～4，然后加入所述纳米YVO4材料，超声波分散并持续搅拌12～24h；在所述水热反应釜中放置所述聚四氟乙烯网，于180～220℃反应24～36h，依次水洗、醇洗、烘干过夜，得到负载型YVO4/TiO2复合材料；
[0009]所述聚四氟乙烯网的目数为40～60目；
[0010]所述纳米YVO4材料的质量为所述纳米YVO4材料与所述纳米TiO2前驱的总质量的0.01～10％，优选0.01％～5％、0.01％～2％、0.01％～1％、0.01％～0.5％、0.01％～0.1％、0.1～5％、0.1～2％、0.1～1％、0.1～0.5％、0.01％、0.1％、0.5％、1％、2％、5％或10％，最优选0.1～2％、0.1％、0.5％、1％或2％。
[0011]上述的制备方法中，所述浸渍步骤如下：
[0012]将所述YVO4/TiO2复合材料置于浓HCl中，避光密封浸泡24～36h；然后避光通风待浓HCl挥发完全，经烘干即得所述负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料；
[0013]材料表面酸化后，H有助于VOCs分解，Cl有助于臭氧消除。
[0014]上述的制备方法中，制备所述纳米TiO2前驱体的步骤如下：
[0015]将TiCl4水溶液滴加至NaOH水溶液中，于25～30℃搅拌2～4h即得纳米TiO2前驱体；
[0016]其中，TiCl4与NaOH的摩尔比为1：3.8～4。
[0017]上述的制备方法中，可按照水热法制备所述纳米YVO4材料，具体步骤如下：
[0018]将Y(NO3)3水溶液滴加至NaOH和NH4VO3的混合水溶液中，搅拌后转移至高压反应釜中，于180～220℃反应24～48h即得；
[0019]反应结束后所得沉淀经水洗、醇洗，烘干过夜即得；
[0020]其中，NaOH与NH4VO3的摩尔比为1：0.9～1，NH4VO3与Y(NO3)3的摩尔比为1：0.9～1.1。
[0021]本专利技术方法制备的负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料表现出较强的可见光催化性能，对苯的降解率达到70％，CO2生成量最大可达1200ppm；10小时内对O3的消除率始终维持在99％以上。
[0022]基于所述负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料，本专利技术还提供了一种多层孔板式反应器，用于解决光催化放大应用过程中的光照接触不足、效率低下等问题。
[0023]首先提供一种多层孔板式光催化反应模块，包括若干交替布置的金属孔板A和金属孔板B，所述金属孔板A上的孔洞与所述金属孔板B上的孔洞交错布置，可以起到扰流的作用，帮助反应气体混合均匀；金属孔板A-负载型YVO4/TiO
2-C-金属孔板B的结构即为三明治堆砌结构；
[0024]每两个相邻所述金属孔板A与所述金属孔板B之间布置有所述负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料；
[0025]所述金属孔板A上的孔洞间隔部分布置若干光源；所述光源与所述负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料之间设有间隙或直接接触。
[0026]上述的多层孔板式光催化反应模块中，所述金属孔板A和所述金属孔板B均为不锈
钢孔板，所述不锈钢孔板除了起到结构支撑和气流导向的作用外，还可起到为光源散热的作用，提高安全性可使用寿命；
[0027]所述光源为LED灯珠，可采用导热硅胶固定，用于提供反应光源；由于所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种YVO4/TiO
2-C复合光催化材料的制备方法，包括如下步骤：采用水热法，将纳米YVO4材料与纳米TiO2前驱体进行反应，一步合成YVO4/TiO2复合材料，并负载于聚四氟乙烯网上；所述YVO4/TiO2复合材料的表面经浓HCl浸渍，即得到负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水热法的步骤如下：将所述纳米TiO2前驱体转移至水热反应釜中，并调节pH值至3～4，然后加入所述纳米YVO4材料，超声波分散并持续搅拌12～24h；在所述水热反应釜中放置所述聚四氟乙烯网，于180～220℃反应24～36h即得到负载型YVO4/TiO2复合材料。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述纳米YVO4材料的质量为所述YVO4/TiO
2-C复合材料总质量的0.01～10％。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述浸渍步骤如下：将所述YVO4/TiO2复合材料置于浓HCl中，避光密封浸泡24～36h；然后避光通风待浓HCl挥发完全，经烘干即得所述负载型YVO4/TiO
2-C复合光催化材料。5.根据权利要求1-4中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，王德生，彭猛，韩浩，许嘉钰，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院防化研究院，
类型：发明
国别省市：