一种净化空气的光催化剂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于净化空气的光催化剂，特别适合消除空气中微量甲醛，通过光催化反应将室内空气中常见的有害气体甲醛转化为无害的水和二氧化碳，并有效杀灭细菌和病毒。本发明专利技术的光催化剂，载体采用ＴｉＯ↓［２］，活性组分为金属态的铂以及两种金属Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］氧化物，Ｍ↓［１］选自Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ的一种，Ｍ↓［２］选自Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ的一种，铂、Ｍ↓［１］和Ｍ↓［２］的量分别为载体重量的０．００１－０．５％、０．５～１．５％、０．１～１．５％。催化剂中还含有３－２０％重量的Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］。在封闭或半封闭的空间中，催化剂在紫外灯光照下，可将空气中的甲醛等有害气体消除，消除率＞８０％。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于净化空气的光催化剂，本专利技术通过光催化反应，在封闭或半封闭的空间中，将空气中常见的有害气体转化为无害气体，并有效杀灭细菌和病毒。现代居住环境中，由于各种高分子装饰材料的缓慢降解，油漆、涂料、建材、杀虫剂、化装品等释放的醛类有害气体，以及肉、蛋制品及蔬菜等有机质腐败分解产生的氨、硫化氢、甲硫醇等对人们健康构成的所谓的“无形杀手”，由此而诱发的各种病变。因此室内环境的净化与处理已受到环境工作者的高度重视。现有的空气净化技术采用过滤、吸附和电沉积的物理方法，此类技术不能从根本上解除污染物对人类健康的最终危害，被捕集的污染物在后处理过程中仍将对大气造成二次污染。将光催化作用应用于空气净化处理是八十年代才发展起来的一种最新空气净化技术。1985年，日本京都大学kagitani等与丰田三共株式会社合作进行了这一技术研究(日本公开特许公报，昭60216827)，对H2S的光解率仅为75％。1990年Kawashima等人(US4954465)用蜂窝状的活性碳床基担载TiO2粉末作为催化剂，使((CH3)2S光解率达93．8％。但对生活环境中普遍存在的其它有害气体的消除未作报道。中国科学院兰州化学物理研究所公开了一种用于净化空气的光催化剂(ZL 91111644．3)，它可以有效光解消除空气中的氨、硫化氢、甲硫醇等有害气体，但对甲醛在内的醛类化合物消除不明显。本专利技术的目的在于克服现有技术的不足而提供一种净化空气的光催化剂及其制备方法。本专利技术的光催化剂，载体采用TiO2，活性组分为金属态的铂以及两种金属M1、M2氧化物，M1选自Mg、Li、Na的一种，M2选自V、Ni、Mn的一种。催化剂中还含有3-20％重量的Fe2O3。光催化剂中铂的量分别为载体重量的0．001-0．5％，M1的氧化物的含量为载体重量的0．5～1．5％，M2为载体重量的0．1～1．5％。载体可以采用粉末TiO2，也可采用纳米TiO2。金属M1的氧化物，宜选用MgO、Li2O、Na2O；金属M2的氧化物，宜选用V2O5、NiO、MnO2。本专利技术的光催化剂的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤1．称取H2PtCl6·6H2O溶于蒸馏水中，再加入二氧化钛；2．充分搅拌下，用紫外灯光照还原2-4小时；3．过滤，并用去离子水水洗除去残余氯离子，在100-130℃下真空干燥13-20小时，即制备出Pt／TiO2光催化剂；4．用制备的Pt／TiO2光催化剂浸渍含有M1、M2的可溶性盐的水溶液，搅拌0．5-2小时，70-80℃温度下搅拌蒸干，在300-400℃处理3-5小时。5．加入Fe2O3，混合均匀，得催化剂成品。催化剂制备中的水洗过程，要求残液中检测不到Cl-为止。催化剂的制备方法，其特征在于M1、M2的可溶性盐选用硝酸盐、草酸盐、氯化物。本专利技术的催化剂中加入Fe2O3，其目的在于分离和转移空穴-电子对，减少空穴和电子的复合，提高了光催化剂的反应性能。利用本专利技术的光催化剂进行光催化反应消除空气中微量有害气体的原理可以解释如下环境光催化的基本原理是当一束光量子能量(hν)等于或大于半导体材料的禁带宽度Eg的光照射半导体催化剂时，同时在价带中形成一个带正电荷的空穴。这种由于光激发而产生的电子和空穴我们成为电子-空穴对。若电子-空穴对能被有效分离且定域在催化剂表面的某些位置时，它们则可氧化或还原吸附在催化剂表面上的有害气体分子并将其转化为化学性质完全不同的无害物质而实现污染物的光催化转化。以甲醛的光分解氧化反应为例，说明其反应机理 在封闭或半封闭的空间中，本专利技术的催化剂在紫外灯光照下，可将空气中的甲醛等有害气体消除，消除率大于80％。本专利技术进一步改进、完善了空气净化用光催化剂的催化性能，所获催化剂不仅对氨、硫化氢、甲硫醇、二氧化硫有良好的光解活性，对包括甲醛在内的醛类化合物也有良好的光解消除活性。并且可用于空气消毒。本专利技术具有以下显著的特点1．催化剂中贵金属含量不大，使催化剂成本降低。2．催化剂活性高，对常见的污染物经过一定(1-2h)的净化处理，最终可达“我国环境空气质量标准”。3．光催化剂制备过程简单，重复性好。4．催化剂使用寿命长。5．催化剂不仅对氨、硫化氢、甲硫醇、二氧化硫有良好的光解活性，对包括甲醛在内的醛类化合物也有良好的光解消除活性。下面结合实施例对本专利技术作进一步说明例1．称取10克经高温处理的二氧化钛粉末，浸入到40ml浓度为0．005M氯铂酸溶液中，在250W高压汞灯照射和电磁搅拌下，光照还原3小时，然后过滤、洗涤除去氯离子，最后在100℃真空干燥14小时，制得Pt／TiO2光催化剂。称取300毫克硝酸钠和253毫克钒酸铵溶于40毫升蒸馏水中，用5克制备好的Pt／TiO2催化剂浸渍，经100℃干燥、400℃焙烧3小时，再在所得粉末中机械混入1克Fe2O3粉末，制得光催化剂A。将催化剂涂制在催化床基上，评价催化剂活性。例2．称取10克由锐钛矿和金红石组成纳米二氧化钛，其它一切步骤同例1。先制备得到Pt／n-TiO2，再制得光催化剂B。将催化剂涂制在催化床基上，评价催化剂活性。例3．称取240毫克氯化锂和153毫克硝酸镍溶于40毫升蒸馏水中，用5克制备好的Pt／TiO2催化剂浸渍，经100℃干燥13小时、400℃焙烧4小时，再在所得粉末中机械混入0．7克Fe2O3粉末，制得光催化剂C。将催化剂涂制在催化床基上，评价催化剂活性。例4．称取280毫克氯化镁和144毫克硝酸锰溶于40毫升蒸馏水中，用5克制备好的Pt／TiO2催化剂浸渍，经100℃干燥10小时、350℃焙烧4小时，再在所得粉末中机械混入0．5克Fe2O3粉末，制得光催化剂D。将催化剂涂制在催化床基上，评价催化剂活性。例5．称取240毫克氯化锂和253毫克钒酸铵溶于40毫升蒸馏水中，用5克制备好的Pt／TiO2催化剂浸渍，经100℃干燥、400℃焙烧3小时，再在所得粉末中机械混入1克Fe2O3粉末，制得光催化剂E。将催化剂涂制在催化床基上，评价催化剂活性。例6．采用光源为8W紫外灯(波长λ=200-300nm)，在0．15m3的封闭容器中，分别注入30ppm的硫化氢和15ppm的甲醛，进行光催化反应1小时，分别用亚甲基蓝分光光度法和乙酰丙酮分光光度法分析硫化氢和甲醛浓度，并计算出光催化剂对硫化氢和甲醛的光解消除率。其反应结果列下表。催化剂H2S消除率 HCHO消除率A 95．1 81．2B 98．3 85．3C 96．3 79．5D 95．2 83．2E 98．5 86．本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于净化空气的光催化剂，其特征在于：载体采用ＴｉＯ↓［２］，活性组分为金属态的铂以及两种金属Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］氧化物，Ｍ↓［１］选自Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ的一种，Ｍ↓［２］选自Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ的一种，催化剂中还含有３－２０％重量的Ｆｅ↓ ［２］Ｏ↓［３］；光催化剂中铂的量分别为载体重量的０．００１－０．５％，Ｍ↓［１］的氧化物的含量为载体重量的０．５～１．５％，Ｍ２为载体重量的０．１～１．５％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1．一种用于净化空气的光催化剂，其特征在于载体采用TiO2，活性组分为金属态的铂以及两种金属M1、M2氧化物，M1选自Mg、Li、Na的一种，M2选自V、Ni、Mn的一种，催化剂中还含有3-20％重量的Fe2O3；光催化剂中铂的量分别为载体重量的0．001-0．5％，M1的氧化物的含量为载体重量的0．5～1．5％，M2为载体重量的0．1～1．5％。2．如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于金属M1的氧化物，选用MgO、Li2O、Na2O其中一种。3．如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于金属M2的氧化物，选用V2O5、NiO、MnO2其中一种。4．如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彦，吕功煊，李庆霖，于翠琴，潘霞，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]