CN106669750A - 一种光触媒环保材料、装置及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料、及其制备方法、以及一种光触媒环保装置，其中，片状二氧化钛表面附着羟基磷灰石晶体。本发明环保材料及装置，制备方法简单，能够最大程度的吸附有害气体、并充分分解所述气体，且能够重复使用。

Description

一种光触媒环保材料、装置及制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保材料及环保装置，尤其涉及一种磷灰石覆盖二氧化钛环保材料、该材料制作的环保装置、以及该材料和环保装置的制备方法。
背景技术
二氧化钛(TiO2)中的锐钛矿晶型结构具有光催化活性，尤其是粒径降至纳米级别情况下，光催化效率明显提高，许多研究表明，锐钛矿可以无选择的降解大量有机物和一些无机物。
二氧化钛本身吸附性较差，不能吸附有害物质，羟基磷灰石表明具有羟基，对有害物质具有较强的吸附能力，因此，羟基磷灰石与二氧化钛复合材料的研究日益增多。
CN102719116B利用羟基磷灰石能够被带有极性官能团化合物修饰的性质，采用端羧基类化合物对羟基磷灰石进行表面改性，然后与表面氨基改性的二氧化钛进行反应。
CN103551170A公开了一种羟基磷灰石包裹的纳米二氧化钛粉末，然后添加到聚合物中(如纤维或塑料)介质内，但是，二氧化钛被聚合物包覆，与污染物的接触面积、接触机会降低。CN100352515C公开了一种丙烯酸树脂、磷灰石被覆二氧化钛光触媒溶液喷洒在基材上制备薄膜的方法，使光触媒能够暴露在薄膜表面，但是二氧化钛含量较低。
发明内容
针对羟基磷灰石/二氧化钛光触媒存在的问题，本发明提供了一种羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料、以及所述光触媒环保材料的应用和制备方法。
本发明第一个方面是提供一种羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料的制备方法，包括：将片状二氧化钛薄膜浸泡于羟基磷灰石溶液中，使羟基磷灰石结晶附着在片状二氧化钛表面。
本发明第一个方面所述的方法中，羟基磷灰石溶液温度优选为30-42℃，更优选为33-40℃，更优选为35-37℃。
本发明第一个方面所述的方法中，所述浸泡的时间优选为至少0.5小时，更优选为至少1小时，如1-36小时，更优选为5-28小时，更优选为10-24小时，更优选为15-20小时，如16小时、17小时、18小时、19小时。
本发明第一个方面所述的方法中，所述羟基磷灰石溶液中，羟基磷灰石质量百分比优选为0.5％-10％，更优选为1％-8％，更优选为2％-6％，更优选为4％-5％。
本发明第一个方面所述的方法中，所述羟基磷灰石溶液中，还可以包括助剂，如增稠剂、表面活性剂、水溶性树脂等。
其中，所述水溶性树脂在所述羟基磷灰石溶液中的质量百分百优选为1％-7％，更优选为2％-4％。
其中，所述增稠剂和/或表面活性剂在所述羟基磷灰石溶液中的质量百分百优选为不超过2％，更优选为不超过1.5％，更优选为不超过1％，更优选为不超过0.5％。
本发明第一个方面所述的方法中，所述片状二氧化钛与羟基磷灰石质量比例优选为(8-9)︰(1-2)。
本发明第二个方面是提供一种羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，包括片状二氧化钛以及附着在所述片状二氧化钛表面的羟基磷灰石晶体。
本发明第二个方面所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料中，所述片状二氧化钛与羟基磷灰石质量比例优选为(8-9)︰(1-2)。更优选地，所述羟基磷灰石质量百分含量优选为5％-30％，更优选为10％-25％，更优选为15％-20％；所述片状二氧化钛质量百分含量优选为70％-95％，更优选为75％-90％，更优选为80％-85％。
本发明第二个方面所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料中，还可以包括不超过5％其他成分，所述其他成分优选为制备所述羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料时掺杂进入的组分，如增稠剂、表面活性剂、水溶性树脂等。
本发明第二个方面所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，优选为由第一个方面所述方法制备。
本发明第二个方面所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，所述羟基磷灰石晶体垂直分布在片状二氧化钛表面。
本发明第二个方面所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，所述羟基磷灰石晶体间隔优选为0.1至0.5微米。
本发明第二个方面所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，所述羟基磷灰石晶体高度优选为0.3至1.0微米。
本发明第二个方面所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，所述片状二氧化钛厚度优选为0.1-0.5微米，如0.2微米、0.3微米、0.4微米。
本发明第三个方面是提供一种光触媒环保装置，包括装置本体，所述装置本体至少一个表面上覆盖二氧化钛层，二氧化钛层表面附着有羟基磷灰石晶体。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，所述装置本体可以是任意能够负载所述二氧化钛层的结构。本发明的一种优选实施例中，所述装置本体优选为陶瓷，如白云陶器等。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，所述装置本体的形状可以是规则或不规则形状，更优选地，所述装置本体可以是优选为空心结构，并且至少有气孔、或气流通道将外界空气与装置本体内部空腔连通。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，还可以包括硅藻土层，所述硅藻土层位于装置本体表面，并且至少部分硅藻土层与二氧化钛层不接触。更优选地，所述二氧化钛层与所述硅藻土层位于装置本体的两个表面上，如硅藻土层位于空心结构的空腔内壁，二氧化钛层位于装置本体的外表面。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，所述羟基磷灰石晶体垂直分布在片状二氧化钛表面。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，所述羟基磷灰石晶体间隔优选为0.1至0.5微米。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，所述羟基磷灰石晶体高度优选为0.3至1.0微米。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，所述片状二氧化钛厚度优选为0.1-0.5微米，如0.2微米、0.3微米、0.4微米。
本发明第三个方面所述的光触媒环保装置，所述羟基磷灰石晶体通过第一个方面所述方法附着在二氧化钛层表面。
本发明上述内容中，所述水溶性树脂优选为纤维素、植物胶、动物胶、羧甲基淀粉、羟基和/或羧基修饰的纤维素、醇酸树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮等。
本发明所提供的光触媒环保材料、环保装置，制备方法简单，能够最大程度的吸附有害气体、并充分分解所述气体，且能够重复使用。
附图说明
图1为不同浸泡时间条件下羟基磷灰石结晶情况；
图2为本发明制备的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料断面结构图；
图3为本发明光触媒环保装置分解氨气效果图；
图4为本发明光触媒环保装置硫化氢效果图；
图5为本发明光触媒环保装置分解TVOC效果图；
图6为本发明光触媒环保装置分解乙烯气体效果图；
图7为本发明光触媒环保装置对水果保鲜试验(一个月)对比图。
具体实施方式
实施例1
取羟基磷灰石10g、丙烯酸树脂20g、增稠剂5g，配置成1kg羟基磷灰石水溶液，溶液温度维持在37℃。
将80g片状二氧化钛薄膜浸泡于浸泡在上述溶液中，缓慢搅拌，是磷灰石直接结晶附着在二氧化钛表面，如图1所示，1小时后出现了结晶(图1A)，5小时后羟基磷灰石晶体已经覆盖二氧化钛表面(图1B)，17小时后，转化成结晶体较小的羟基磷灰石覆盖二氧化钛(图1C)。羟基磷灰石晶体垂直分布在二氧化钛表面，晶体间隔0.1-0.5微米。
如图2所示，本实施例中，二氧化钛薄膜厚度为0.3微米，其表面析出的羟基磷灰石晶体厚度(高度)为0.7微米。
实施例2
本实施例提供了一种光触媒环保装置，包括中空的卵形本体，卵形本体内壁涂覆硅藻土，外壁为本发明所述羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，二氧化钛层附在卵形本体上。
本实施例提供的光触媒环保装置可置于冰箱、汽车、起居室、衣橱、厨房、鞋柜、玄关、厕所等场所，用于去除异味和有害物质。
参照图3，本发明光触媒环保装置在5分钟之内将氨气分解80％以上，30分钟内将11ppm浓度的氨气完全分解。参照图4，本发明光触媒环保装置能够有效的分解硫化氢气体，30分钟内分解了约80％的硫化氢气体，120分钟内将24ppm的硫化氢完全分解。因此，本发明光触媒装置能够有效除臭。
参照图5，本发明光触媒环保装置能够分解室内有机挥发物TVOC(Total VolatileOrganic Compound)效果较好，30分钟内TVOC降低了70％，60分钟内TVOC降低了85％，180分钟后TVOC分解完毕。因此可以有效的净化室内空气。
本发明光触媒环保装置还可用于分解乙烯气体，参照图6，随着时间的延长，乙烯气体被逐渐分解。因此，本发明光触媒环保装置可以用于水果的保鲜，如图7所示，直接密封的苹果在一个月后表面出现褶皱、以及腐烂(图7B)，相比之下，与本发明光触媒环保装置一起密封的苹果在一个月后依然保持新鲜状态(图7A)。
另外，本发明光触媒环保材料以及环保装置，在太阳下爆嗮后，可以重复使用，还解决了光触媒难以回收的问题。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料的制备方法，其特征在于，包括：将片状二氧化钛薄膜浸泡于羟基磷灰石溶液中，使羟基磷灰石结晶附着在片状二氧化钛表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，羟基磷灰石溶液温度为30-42℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸泡的时间为至少0.5小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羟基磷灰石溶液中，羟基磷灰石质量百分比优选为0.5％-10％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述片状二氧化钛与羟基磷灰石质量比例优选为(8-9)︰(1-2)。
6.一种羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，其特征在于，包括片状二氧化钛以及附着在所述片状二氧化钛表面的羟基磷灰石晶体。
7.根据权利要求6所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，其特征在于，所述羟基磷灰石晶体垂直分布在片状二氧化钛表面。
8.根据权利要求6所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，其特征在于，所述羟基磷灰石晶体高度优选为0.3至1.0微米。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，其特征在于，所述羟基磷灰石晶体间隔为0.1至0.5微米。
10.根据权利要求6所述的羟基磷灰石/二氧化钛光触媒环保材料，其特征在于，所述片状二氧化钛厚度为0.1-0.5微米。
11.一种光触媒环保装置，其特征在于，包括装置本体，所述装置本体至少一个表面上覆盖二氧化钛层，二氧化钛层表面附着有羟基磷灰石晶体。
12.根据权利要求11所述的光触媒环保装置，其特征在于，所述装置本体为白云陶器。
13.根据权利要求11所述的光触媒环保装置，其特征在于，所述装置本体为空心结构，并且至少有气孔、或气流通道将外界空气与装置本体内部空腔连通，硅藻土层位于空心结构的空腔内壁，二氧化钛层位于装置本体的外表面。
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