CN101081307B - 一种提高光催化空气净化效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光催化净化空气技术领域。涉及一种提高光催化剂净化空气污染物效果的方法。其特征是利用环糊精类物质对空气中污染物的良好吸附作用，涂敷或者浸渍而吸附负载在光催化剂表面，形成一层含有环糊精或者其衍生物的薄层，从而提高对空气污染物的尤其是芳香性、有毒害化合物的吸附和净化效果，尤其是提高低浓度污染物的吸附光催化净化效果。本发明的效果和益处是制备的复合了环糊精类化合物的光催化材料更稳定、不易失活、去除污染物的活性和效率更高。在室内空气污染治理、汽车等大气污染治理领域有广泛的应用前景。

Description

一种提高光催化空气净化效果的方法

技术领域

本发明属于光催化和空气净化技术领域。涉及一种提高光催化剂净化空气污染物效果的方法。

背景技术

环糊精及其衍生物类化合物对芳香性化合物有较高的吸附能力，被用来制作除臭剂，吸附并减少环境或人体令人不快和不健康的有害气味的化合物，作为气相和织物整理剂、色谱固定相等。这主要是由于其特殊的由葡萄糖单元相连形成的环状分子结构，具有疏水性的大约0.5～0.8nm深度和直径的空腔，而外部亲水能和多种化合物形成嵌入结构。添加到水相可提高二氧化钛的光催化氧化还原能力(路平；邓南圣；吴峰 一种提高TiO₂光催化氧化还原能力的方法03118589.4)。在光催化净化空气的技术中，光催化净化空气污染物效率通常比较低，原因是污染物的浓度比较低，需要扩散到催化剂表面被吸附和与催化剂接触才能发生氧化反应，降解矿化污染物，要提高污染物的去除效率，需要催化剂吸附性能比较高，而且表面氧化反应速率快。决定污染物光催化表面反应和去除效果的因素，一方面是催化剂组成成分，一方面是催化剂的结构和表面性质。表面的性质可以通过浸渍、涂敷化合物而改变。常用的提高吸附能力的办法是利用多孔性矿物质、活性炭(纤维)来负载催化剂，提高对污染物的吸附和净化能力。目前尚没有查到利用环糊精类化合物进行催化剂表面改性(浸渍或涂敷)技术来提高空气污染物光催化效果的专利或报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高光催化净化和去除空气污染物效果的方法。具体涉及利用环糊精类物质对空气中污染物的良好吸附作用，涂敷或者吸附在二氧化钛等光催化剂表面，形成一层含有环糊精或者其衍生物的薄层，从而提高对空气污染物的尤其是芳香性、有毒害化合物的吸附和净化效果，尤其是提高低浓度污染物的吸附光催化净化效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是将含有环糊精及其衍生物的低浓度溶液0.0001～1.5M涂敷或者浸渍光催化剂，涂敷的办法是直接将溶液刷涂在平板状负载型光催化剂上；采用浸渍处理时，可以处理球状或颗粒状光催化剂，浸渍一段时间1秒～24小时后，分离/取出催化剂。涂敷或浸渍了环糊精类化合物溶液的催化剂，在常温～100度下干燥或者烘干，催化剂表面形成的环糊精类化合物薄层与光催化剂的重量比例在0.0001∶1～0.7∶1。即可获得能高效进行空气中污染物净化的光催化剂。

本说明书中所用的光催化净化过程，在常温常压和光照射作用下可以净化空气污染物。光催化净化的光源可以是紫外灯、高、中、低压汞灯或者可见光、日光，当催化剂有可见光活性时。

环糊精的作用是富集、吸附空气中的污染物，从而提高可在催化剂表面上发生光催化氧化还原反应的污染物浓度，因此提高对污染物的净化去除效果。

本发明的效果和益处是制备的复合了环糊精类化合物的光催化材料更稳定、不易失活、去除污染物的活性和效率更高。在室内空气污染治理、汽车等大气污染治理领域有广泛的应用前景。

附图说明

附图是有复合环糊精的催化剂和没有环糊精的催化剂对空气中甲苯(起始浓度为55～60mg/m³)的光催化净化去除效果对照图。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施步骤。

步骤1

将环糊精类化合物溶解制成溶液，如水溶液或者有机溶剂的溶液，其浓度范围是0.0001～1.5M。环糊精类化合物包含α、β、γ环糊精以及α、β、γ环糊精的C₂、C₃、C₆位上羟基被烷基、羟烷基、酰基、硅烷基、葡萄糖或麦芽糖或含氮基团取代的各种衍生物，还包括含有重复环糊精结构的不同分子量的大分子化合物。

步骤2

利用该溶液直接刷涂涂敷催化剂，比如当催化剂负载在金属、玻璃平板或织物上时；或者在容器中加入含有环糊精类化合物的溶液，将催化剂颗粒或者负载薄膜材料浸入该溶液中浸渍，浸渍时间为1秒～24小时，取出浸渍了环糊精类化合物的催化剂，常温下或者升温放入烘箱中烘干。

步骤3

形成的环糊精类化合物与光催化剂的比例为：0.0001∶1～0.7∶1。该复合有环糊精类化合物的催化剂可显示比未复合环糊精类化合物的催化剂更高的光催化性能和稳定性。

实施例1

将含有β环糊精的0.016M水溶液涂敷或者浸泡含铈掺杂二氧化钛催化剂，吸附一小时后，取出催化剂，在100度下烘干。即可获得能高效净化空气中污染物的光催化剂。

该催化剂为溶胶凝胶法和涂敷烧结法制备的掺铈二氧化钛光催化剂，负载在不锈钢网上。利用该催化剂，悬挂于一含有甲苯污染物的密闭空间里，里面放有紫外灯。利用气相色谱仪岛津GC2010分析空气中甲苯污染物的浓度。检测器为FID氢火焰检测器。反应器中有风扇，可以一直运转或者间歇运转，在取样前使气相混合均匀。

甲苯是一种常见的化学溶剂，挥发性有机污染物。在油漆、制鞋、家具、新装修的室内常见。对于50～100mg/m3浓度范围的污染物空气样品，经过色谱分析其浓度稳定后，认为吸附达到平衡，打开紫外灯，用微量注射器取样分析，测定甲苯浓度随反应时间的变化。

结果发现涂敷了环糊精的催化剂，去除甲苯的效率明显高于对照组没有涂敷环糊精的光催化净化效率。甲苯的去除率在不同的时间段两者可相差10～40％。

Claims (3)

1.一种提高光催化空气净化效果的方法，其特征在于：在光催化剂上直接刷涂涂敷含有环糊精化合物的溶液或者将光催化剂浸渍在含有环糊精化合物的溶液中，经过自然干燥或者升温烘干处理，吸附和负载的环糊精化合物在光催化剂表面上形成一层环糊精化合物薄层，所得光催化剂在光催化净化空气污染物处理过程中提高净化效果；其中，使用含有环糊精化合物的0.0001～1.5M溶液浸渍或涂敷光催化剂，使用浸渍处理时的浸渍时间在1秒～24小时；光催化剂表面形成的环糊精化合物薄层与光催化剂的重量比例在0.0001∶1～0.7∶1；所述的光催化剂是含铈掺杂二氧化钛催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种提高光催化空气净化效果的方法，其特征在于环糊精化合物选自α、β、γ环糊精。

3.根据权利要求1所述的一种提高光催化空气净化效果的方法，其特征在于：光催化净化的反应是在常温常压和光源照射条件下进行，光催化剂选自平板状负载型光催化剂、球状或颗粒状光催化剂。

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