CN104772133B - 一种室内清洁用光催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内清洁用光催化剂及其制备方法，所述光催化剂组成包括活性炭纤维、介孔二氧化硅、纳米二氧化钛，活性炭纤维和介孔二氧化硅作为复合双载体，纳米二氧化钛负载于复合双载体上，使得紫外光能够直接作用在TiO2光催化剂上，提高光利用率，并且加快光催化降解反应的速率，提高污染物完全氧化的速率。
Description
技术领域
本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种能够用于室内空气净化的纳米二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。
背景技术
TiO2是迄今为止应用最为广泛的光催化剂，但单纯的TiO2纳米催化剂存在着易凝聚、对太阳光的利用率低、并且由于微粒细小造成回收困难的问题，而TiO2块体或球体表面的吸附性差，光催化效率低，需要较长时间才能达到对有机物完全降解，因此可以采用具有大比表面积、多孔的惰性吸附材料(沸石、SiO2、活性炭等)作为载体，对污染物进行快速的吸附净化和表面富聚，是提高光催化活性的有效途径。
在常见的吸附材料中，比较多见的是活性炭和二氧化硅。活性炭是利用木炭、木屑、椰子壳一类的坚实果壳，果核及优质煤等做原料，经过高温炭化，并通过物理和化学方法，采用活化、酸性、漂洗等一系列工艺而制成的黑色、无毒、无味的物质。但是目前市面上常见的炭包使用的活性炭都是颗粒状或粉末状，只有当活性炭的孔隙结构略大于有害气体分子的直径，能够让有害气体分子完全进入的情况下(过大或过小都不行)，才能达到最佳的吸附效果，因此使用具有局限性。
面对目前日益严峻的大气污染以及室内装修过度等问题所造成的室内空气污染，很有必要研究开发适用于室内空气净化的光催化剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于室内空气净化的光催化剂，该光催化剂对有害气体有高效的吸附能力，并能有效提高有害气体光降解反应的速率。
为了实现本发明所述目的，发明人提供了以下技术方案。
可控介孔SiO2与纳米二氧化钛复合活性炭纤维制备室内清洁用光催化剂，组成包括活性炭纤维、介孔二氧化硅、纳米二氧化钛，活性炭纤维、介孔二氧化硅、纳米二氧化钛的重量比为5:(1～2):(1～2)，活性炭纤维和介孔二氧化硅作为复合双载体，纳米二氧化钛负载于复合双载体上。
活性炭纤维、介孔二氧化硅、纳米二氧化钛的重量比为5:1:1。
本发明还涉及一种上述的光催化剂的制备方法，包括以下操作步骤：
A.将纳米二氧化钛加去离子水配置成1.5％的悬浮液，向其中加入六偏磷酸钠，超声振荡30min，得到纳米二氧化钛悬浮液；
B.将纳米二氧化钛悬浮液加热至80-90℃，加入P123和1,3,5—三甲苯，搅拌30min，搅拌过程中加入0.2mol/L的Na2SiO3溶液，调节pH值在8～10，控温40℃搅拌反应20h，得到复合纳米TiO2/SiO2溶胶；
C.将活性炭纤维置于0.5mol/L的重铬酸钾溶液中浸泡24h，随后用蒸馏水反复冲洗活性炭纤维至洗涤液无色，再将活性炭纤维置于0.5mol/L的双氧水中浸泡48h，随后用蒸馏水冲洗活性炭纤维10次，最后在80℃条件下烘干；
D.将步骤C处理后的活性炭纤维置于步骤B所得溶胶中，搅拌1h，随后超声振荡1h，然后将活性炭纤维放入砂芯漏斗中进行真空抽滤，抽滤后的活性炭纤维密封保存2h，最后在40℃条件下干燥12h，得到TiO2凝胶/SiO2活性炭纤维复合体；
E.将步骤D得到的TiO2凝胶/SiO2活性炭纤维复合体按照步骤D所述过程重复操作三次，把最终得到的复合体置于250℃氮气中热处理2h，即得到光催化剂。
所述步骤A中，每100ml悬浮液加入六偏磷酸钠的量为0.5g。
所述步骤B中，每100ml纳米二氧化钛悬浮液加入P123的量为0.2g。
所述步骤B中，每100ml纳米二氧化钛悬浮液加入1,3,5—三甲苯的量为0.6g。
本发明所述P123为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物。
吸附是由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的，根据作用力的不同，可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要靠分子间的范德华力，把吸附质吸附在吸附剂表面，是可逆过程，只能暂时阻挡污染而不能消除污染。当吸附条件改变，如降低气相中吸附质的分压力或提高被吸附气体的温度，吸附质会迅速解吸。
单一吸附技术主要表现为以下三点局限性：1.单一吸附剂大多具有专一性，对某种或某类组分具有较好的吸附效果，但室内空气组分复杂，所需除去的物质种类、浓度不同，就需要开发具有较大吸附范围的新型吸附剂。2.物理吸附存在吸附饱和问题，吸附剂工作一段时间后吸附能力达到饱和，失去吸附功能。化学吸附随着吸附剂的消耗，吸附能力也变弱。3.吸附剂吸附空气中的有机物，如不及时清理，可能会成为细菌滋生的场所，造成二次污染。
本发明利用活性炭纤维与介孔SiO2上负载纳米TiO2的方法，将纳米TiO2负载在上面形成最外层的光催化层，有机的形成了一个具有层次结构的整体，因而具有以下特点：
1.TiO2处于最外层，紫外光直接作用在TiO2光催化剂上，提高光利用率。
2.借助活性炭纤维、介孔SiO2的吸附作用，对空气中极低浓度的污染物进行快速吸附净化和表面富集，加快了光催化降解反应的速率，抑制了中间产物的释放，提高了污染物完全氧化的速率。
3.在制备过程中采用了两个吸附体：活性炭纤维、介孔SiO2，介孔制备过程中加入了模板剂P123，可以控制介孔SiO2的产物粒径大小，生产复合要求粒度的介孔SiO2。
4.TiO2的光催化作用促使被活性炭纤维吸附的污染物向TiO2表面迁移，产生“协同效应”，从而实现了活性炭纤维的原位再生，延长其使用周期。
附图说明
图1为纳米二氧化钛对活性炭纤维吸附能力影响的曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述内容作进一步详细的说明。
实施例1
发明人对光催化剂的组成举出了5组实施方案，见表1，单位：份。
表1
| 组分 | 方案1 | 方案2 | 方案3 | 方案4 | 方案5 |
| 活性炭纤维 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 介孔二氧化硅 | 1 | 2 | 1.2 | 1 | 1.5 |
| 纳米二氧化钛 | 2 | 1 | 1.6 | 1 | 1.2 |
实施例2
发明人对实施例1得到的光催化剂的性能进行了检测，具体如下。
(一)吸附能力的测试
将制备得到的光催化剂放置在体积为125L的密封箱体内,向立方体箱内定量注入模拟污染物,然后开启风扇和紫外灯,每隔一定时间取样进行分析。(两盏特征波长为254nm的6W紫外灯，400mm×350mm×100mm的长方体)。
测试结果如附图1所示。
由附图1可以看出，纳米二氧化钛的负载对活性炭纤维吸附能力的影响并不明显，而且不仅不会造成吸附能力的下降，反而略有提高。
(二)净化性能的测试
在20平米的密闭室内，以功率为6W、波长254nm的紫外杀菌灯照射3h，测试甲苯、三氯乙烯、硫化氢、氨气、甲醛、一氧化碳的净化率，测试结果如表2所示。
表2
Claims (5)
1.可控介孔SiO2与纳米二氧化钛复合活性炭纤维制备室内清洁用光催化剂的制备方法，其特征在于，该催化剂组成包括活性炭纤维、介孔二氧化硅、纳米二氧化钛，活性炭纤维、介孔二氧化硅、纳米二氧化钛的重量比为5:(1～2):(1～2)，活性炭纤维和介孔二氧化硅作为复合双载体，纳米二氧化钛负载于复合双载体上；
上述光催化剂的制备方法包括以下操作步骤：
A.将纳米二氧化钛加去离子水配置成1.5％的悬浮液，向其中加入六偏磷酸钠，超声振荡30min，得到纳米二氧化钛悬浮液；
B.将纳米二氧化钛悬浮液加热至80-90℃，加入P123和1,3,5—三甲苯，搅拌30min，搅拌过程中加入0.2mol/L的Na2SiO3溶液，调节pH值在8～10，控温40℃搅拌反应20h，得到复合纳米TiO2/SiO2溶胶；
C.将活性炭纤维置于0.5mol/L的重铬酸钾溶液中浸泡24h，随后用蒸馏水反复冲洗活性炭纤维至洗涤液无色，再将活性炭纤维置于0.5mol/L的双氧水中浸泡48h，随后用蒸馏水冲洗活性炭纤维10次，最后在80℃条件下烘干；
D.将步骤C处理后的活性炭纤维置于步骤B所得溶胶中，搅拌1h，随后超声振荡1h，然后将活性炭纤维放入砂芯漏斗中进行真空抽滤，抽滤后的活性炭纤维密封保存2h，最后在40℃条件下干燥12h，得到TiO2凝胶/SiO2活性炭纤维复合体；
E.将步骤D得到的TiO2凝胶/SiO2活性炭纤维复合体按照步骤D所述过程重复操作三次，把最终得到的复合体置于250℃氮气中热处理2h，即得到光催化剂。
2.根据权利要求1所述的可控介孔SiO2与纳米二氧化钛复合活性炭纤维制备室内清洁用光催化剂的制备方法，其特征在于，活性炭纤维、介孔二氧化硅、纳米二氧化钛的重量比为5:1:1。
3.根据权利要求1所述的可控介孔SiO2与纳米二氧化钛复合活性炭纤维制备室内清洁用光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，每100ml悬浮液加入六偏磷酸钠的量为0.5g。
4.根据权利要求1所述的可控介孔SiO2与纳米二氧化钛复合活性炭纤维制备室内清洁用光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，每100ml纳米二氧化钛悬浮液加入P123的量为0.2g。
5.根据权利要求1所述的可控介孔SiO2与纳米二氧化钛复合活性炭纤维制备室内清洁用光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，每100ml纳米二氧化钛悬浮液加入1,3,5—三甲苯的量为0.6g。
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