CN103230812A - 一种光催化空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光催化空气过滤材料，包括无纺布基材以及负载在无纺布基材上的钛酸锌光催化多孔薄膜。本发明还涉及一种光催化空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用偶联剂溶液对无纺布基材进行预处理；(2)制备前驱体溶液；(3)制备钛酸锌溶胶；(4)采用钛酸锌溶胶浸轧无纺布并干燥。本发明的空气过滤材料兼具杀菌和分解有机物的功能，光催化活性高，制备方法简单，条件温和。
Description
技术领域
本发明涉及光催化空气过滤材料，属于材料领域。
背景技术
空气是人类生存最重要的环境要素，室外大气环境和室内空气品质的好坏直接关系着人类生存健康。随着人们对大气环境的日益重视，空气过滤材料日益成为研究的热土。日本针对室内空气净化研制出了光催化空气过滤器，过滤器材料利用纳米光催化材料摧毁生物和病毒，中和异味，去除有害气体。光催化材料是在紫外光作用下材料上的催化剂分解空气中所含的细菌、病毒等微生物，而且可以分解除去空气中的挥发性有机有害气体。传统的空气过滤防护措施以隔离和吸附为主，光催化过滤材料丰富了空气过滤防护手段，可以更高效地过滤空气、杀灭和分解有毒有害物质，保护人们的身体健康，减少疾病的传播，具有重要的意义。
目前光催化空气过滤材料的形式比较单一、效果较差。通常通过采用以下方式将光催化剂用于空气净化器：第一，将光催化剂负载在活性炭无纺布上，依靠活性炭对细菌、病毒及有机有害气体的吸附作用，形成局部高浓度环境，然后再依靠光催化剂的催化效应，进行杀菌或分解有害气体。但是在实际生产中，活性炭层通常为中间层，光线无法照射到光催化剂的表面，导致光催化效应无法实现。第二，采用涂层整理剂将光催化剂一同涂覆在过滤材料的表面。这样由于所使用的涂层整理剂包覆在光催化剂的表面，减小了光催化剂与细菌、病毒及有机有害气体的接触面积，使其光催化效应减小。此外，涂覆在表面的光催化剂颗粒附着力较差，容易脱落，不利于长期使用。传统的在基底材料表面负载光催化薄膜的制备过程均需要高温煅烧进行活化，因此基底材料通常选择金属片、玻璃片、金属丝网等作为载体。与此相比，在热敏性高聚物过滤材料表面制备具有光致活性的光催化剂薄膜，需要解决高聚物基体与无机光催化剂薄膜之间的界面相容性差，以及低温成膜后无光致活性等问题。
专利ZL02124137.6“柔性基底材料表面负载二氧化钛薄膜光催化剂的制备方法”公开了一种无纺布表面负载二氧化钛薄膜光催化剂的制备方法，包括如下步骤：首先以钛酸正丁酯或四氯化钛为前驱体，加入造孔剂制备活性层溶胶，在利用提拉镀膜的方法将活性层溶胶直接涂敷与经清洗的柔性基底载体上，离心甩去多余溶胶，后将负载凝胶的柔性基底放入水热釜中，以水-乙醇为混合溶剂在低温下溶剂热形成纳米晶二氧化钛薄膜光催化剂。该方法的制备工艺复杂，并不适合工业化生产。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有技术中存在的光催化剂附着力差、光催化光致活性差、光催化效果不佳等问题，为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种光催化空气过滤材料及其制备方法。
一种光催化空气过滤材料，所述空气过滤材料包括无纺布基材以及负载在无纺布基材上的钛酸锌光催化多孔薄膜。
本发明还提供该光催化空气过滤材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)采用偶联剂溶液对无纺布基材进行预处理：将无纺布基材放置于偶联剂溶液中浸涂，带液率为100-200％，然后在100℃下干燥10min。
(2)制备前驱体溶液：将钛源、酸、锌盐以及硝酸银按一定比例依次加入蒸馏水中，于冰水浴条件下强力搅拌，并陈化获得溶胶的前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至75～98℃，调节pH值至7～9，然后在冰水浴条件下滴加活化溶液，并于80℃陈化得到钛酸锌溶胶液。
(4)制备钛酸锌多孔薄膜无纺布：将步骤1)预处理的无纺布基材浸轧步骤(3)的钛酸锌溶胶，轧余率为70％～100％，然后在120℃干燥固化，形成负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
所述步骤(1)的偶联剂溶液为硅烷偶联剂溶于由乙醇、丙酮、乙二醇中一种或几种形成的混合液中。所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷或氨基甲氧基硅烷中的一种或几种混合物。
优选偶联剂溶液中，偶联剂的体积分数为1％。
所述的无纺布为丙纶无纺布、涤纶无纺布或丙纶熔喷布中的任何一种。
所述步骤(2)的前驱体溶液中各物质的摩尔比为：Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶10～20∶1∶0.0005～0.05。
所述步骤(2)制备前驱体溶液优选按以下方式进行：首先将钛源在冰水浴和强力搅拌条件下缓慢滴加于蒸馏水中配置成水溶液，其中钛源和蒸馏水的体积比为1∶10，然后滴加酸进行反应，随后加入锌盐、硝酸银，充分搅拌溶解，最后在室温下陈化24h。
所述钛源为四氯化钛、硫酸钛或酞酸酯。
所述酸为HCl、H3PO4、H2SO4中的任意一种。
所述锌盐为硝酸锌、氯化锌中的任何一种。
所述步骤(3)中所述活化溶液为H2O2溶液、KMnO4溶液或NaClO溶液；优选H2O2溶液的浓度为30％，KMnO4溶液的浓度为2％～6％，NaClO溶液的浓度为5％～10％。
所述活化液中的活化成分与四氯化钛的摩尔比优选为30∶1。
优选所述步骤(3)中还加入扩孔剂；所述扩孔剂与前驱体中蒸馏水的质量比为0.03～0.08∶100。
所述扩孔剂为聚乙二醇200。
本发明通过硅烷偶联剂对无纺布进行表面改性，增加无纺布基材与无机光催化剂薄膜之间的界面相容性，提高了光催化剂薄膜与无纺布基材之间的吸附力，不易脱落。溶胶制备过程中加入双氧水，提高了光催化剂低温下的活性，解决了低温制备光催化薄膜的光致活性差问题。利用扩孔剂使形成的光催化剂薄膜具有多孔结构，同时由于无纺布本身所具有的水刺痕迹，为光催化剂薄膜的开孔提供了模板，使光催化剂薄膜的开孔均一、孔径可控。此外，优选方案所制备的光催化剂薄膜具有优异的光催化效果，对空气中甲醛的降解效率可达到75％以上，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99.9％，对大肠杆菌的抑菌率达到95.7％。
具体实施方式
本发明技术方案中实施方式不仅包含以下实施实例，还包含各实例间的任意组合。
实施实例1
本实施实例中负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料的制备方法按以下步骤实现：
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.001，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至8，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例2
本实施实例与实施实例1不同的是：步骤(1)中使用的硅烷偶联剂为氨基甲氧基硅烷，溶剂为丙酮，浸涂量为100％；其余步骤与实施实例1相同。
(1)无纺布基材的预处理：将氨基甲氧基硅烷溶于丙酮中(氨基甲氧基硅烷和丙酮的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为100％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.001，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至8，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例3
本实施实例与实施实例1和实施实例2不同的是：步骤(1)中使用的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，溶剂为乙二醇，使用的基底材料为涤纶无纺布，步骤(4)中溶胶液的轧余量为70％。其余步骤与实施实例1相同。
(1)无纺布基材的预处理：将乙烯基三乙氧基硅烷溶于乙二醇中(乙烯基三乙氧基硅烷和乙二醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的涤纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.001，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至8，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为70％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例4
本实施实例与实施实例1不同的是：步骤(2)中Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶20∶1∶0.005，步骤(3)中氨水调节pH值为9，加入的聚乙二醇200的量为0.05％。其余步骤与实施实例1相同。
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶20∶1∶0.005，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至9，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.25g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例5
(1)无纺布基材的预处理：将氨基甲氧基硅烷溶于丙酮中(氨基甲氧基硅烷和丙酮的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为100％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.001，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至75℃，滴加氨水调节pH值至7，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶10)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为70％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例6
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶20∶1∶0.005，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至9，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶20)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.4g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例7
本实施实例与实施实例1不同的是：步骤(2)中所用的钛源为钛酸酯，Ti4+∶Ag+＝1∶0.002，所用的酸为H3PO4
所用的锌盐为氯化锌，其余步骤与实施实例1相同。
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加磷酸进行反应，待反应充分后加入氯化锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.002，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至8，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例8
本实施实例与实例7不同的是：步骤(2)中所用的钛源为硫酸钛；步骤(3)中滴加氨水调节pH值为7，钛源与30％H2O2的物质的量之比为1∶20；其余步骤与实施实例7相同。
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL硫酸钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加磷酸进行反应，待反应充分后加入氯化锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.002，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至7，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶20)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例9
本实施实例与实施实例1不同的是：步骤(2)中Ti4+∶Ag+＝1∶0.02，所用的酸为硫酸，所用的锌盐为氯化锌，其余步骤与实施实例1相同。
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加硫酸进行反应，待反应充分后加入氯化锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.002，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至8，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为30％的H2O2(四氯化钛和H2O2的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例10
本实施实例与实施实例1不同的是：步骤(3)中加入的活化为2％KMnO4，其余步骤与实施实例1相同。
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.001，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至8，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为2％的KMnO4(四氯化钛和KMnO4的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
实施实例11
本实施实例与实施实例1不同的是：步骤(3)中加入的活化剂为10％NaClO，其余步骤与实施实例1相同。
(1)无纺布基材的预处理：将3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的体积比为1∶99)形成处理液；将经过去离子水冲洗的丙纶无纺布基材浸涂处理液，无纺布基材的带液率为200％，然后在100℃下干燥10min，得到经过预处理的无纺布基材。
(2)制备前驱体溶液：在容器内加入500mL的蒸馏水，并置于冰水浴中，然后将50mL四氯化钛滴加入容器内并剧烈搅拌，然后滴加盐酸进行反应，待反应充分后加入硝酸锌和和硝酸银，充分搅拌至溶解，各物质的摩尔比为Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶15∶1∶0.001，最后在室温下陈化24h制得前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤(2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至95℃，滴加氨水调节pH值至8，得到灰白色浆状液，继续搅拌反应1h；后将所得试样经洗涤，使其中不含杂质离子；然后在冰水浴条件下滴加入一定量的浓度为10％的NaClO(四氯化钛和NaClO的摩尔比为1∶30)搅拌15min，得到半透明溶液，然后在该溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并继续搅拌15min，最后在80℃条件下陈化24h，形成半透明的含扩孔剂的钛酸锌溶胶液，溶胶呈半透明状。
(4)无纺布钛酸锌多孔薄膜无纺布
采用浸-轧工艺将经过步骤(1)预处理的无纺布浸轧整理步骤(3)所得的溶胶液，轧余率为100％。然后在120℃条件下干燥固化得到负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
对比实施实例1
除步骤(2)中未加入硝酸银外，本对比实施例的其余步骤均与实施实例1相同。
对比实施实例2
除步骤(2)中未加入硝酸锌外，本对比实施例的其余步骤均与实施实例1相同。
对比实施实例3
除步骤(2)中未加入硝酸锌和硝酸银外，本对比实施例的其余步骤均与实施实例1相同。
对比实施实例4
除步骤(3)未加入双氧水外，本对比实施例的其余步骤均与实施例1相同。
本发明产品的抗菌性能测试采用吸收法(GB/T20944.2-2007<<纺织品抗菌性能的评价>>第2部分：吸收法)测试本发明中实施实例和对比实施实例制备的负载光催化剂多孔薄膜的无纺布空气过滤材料的抗菌性能。
本发明产品的光催化降解空气中VOCs性能测试方法如下：气体采用初始浓度为1000ppm的甲醛蒸汽；紫外光源为8W的低压汞灯，主波长为365nm；可见光光源为380W球形氙灯，主波长为510nm，以玻璃滤光管滤去波长小于450nm的光；光催化降解时间为90min。采用美国Agilent公司生产的5975c-7890a气相色谱测试试验气体中甲醛浓度。测试本发明中实施实例和对比实施实例制备的负载光催化剂多孔薄膜的无纺布空气过滤材料对空气中VOCs的光催化降解性能。
本发明产品的抗菌和降解有机物测试结果分别列于表1和表2中。
表1抗菌测试结果
表2降解VOCs测试结果
汪：降解率＝(初始溶度-降解后浓度)/初始浓度×100％
实施例中双氧水、高锰酸钾、次氯酸钠与四氯化钛的摩尔比可为1∶10～1∶50。
从上表可以看出，由于活化溶液的加入，在低温条件成功制备了具有光致活性的光催化薄膜，并且本发明产品在紫外光区和可见光区均表现出较高的光催化活性。
Claims (10)
1.一种光催化空气过滤材料，其特征在于所述空气过滤材料包括无纺布基材以及负载在无纺布基材上的钛酸锌光催化多孔薄膜。
2.权利要求1所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)采用偶联剂溶液对无纺布基材进行预处理：将无纺布基材放置于偶联剂溶液中浸涂，带液率为100％～200％，然后在100℃下干燥10min。
(2)制备前驱体溶液：将钛源、酸、锌盐以及硝酸银按一定比例依次加入蒸馏水中，于冰水浴条件下搅拌，并陈化获得溶胶的前驱体溶液。
(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至75～98℃，调节pH值至7～9，然后在冰水浴条件下滴加活化溶液，并于80℃陈化得到钛酸锌溶胶液。
(4)制备钛酸锌多孔薄膜无纺布：将步骤1)预处理的无纺布基材浸轧步骤(3)的钛酸锌溶胶，轧余率为70％～100％，然后在120℃干燥固化，形成负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。
3.根据权利要求2所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的偶联剂溶液为硅烷偶联剂溶于由乙醇、丙酮、乙二醇中一种或几种形成的混合液中。
4.根据权利要求3所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷或氨基甲氧基硅烷中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求2所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的前驱体溶液中各物质的摩尔比为：Ti4+∶H+∶Zn2+∶Ag+＝1∶10～20∶1∶0.0005～0.05。
6.根据权利要求2所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述钛源为四氯化钛、硫酸钛或酞酸酯。
7.根据权利要求2所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述酸为HCl、H3PO4、H2SO4中的任意一种。
8.根据权利要求2所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述锌盐为硝酸锌、氯化锌中的任何一种。
9.根据权利要求2所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述活化溶液为H2O2溶液、KMnO4溶液或NaClO溶液；优选H2O2溶液的浓度为30％，KMnO4溶液的浓度为2％～6％，NaClO溶液的浓度为5％～10％。
10.根据权利要求2所述的光催化空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中还加入扩孔剂；所述扩孔剂与前驱体中蒸馏水的质量比为0.03～008∶100。
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