CN107149872B - 光催化净化气体便利贴的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光催化净化气体便利贴的制备方法，属于空气净化技术领域。采用溶液浸渍法制备光催化剂，将光催化剂涂布附着在等离子体处理过的基底膜单侧表面，使光催化剂涂层活化，而后在附着光催化剂涂层的基底膜的另一侧使其具有不粘胶的粘性附着功能，制备如此组件即为光催化净化气体便利贴。将光催化净化气体便利贴，置于空气气氛中，在一定温度、湿度和光照条件下，进行光催化氧化脱除空气中的可挥发性有机物。该方法可在室温、常压条件下运行，无二次污染和运行成本，适合室内外场所。该发明的光催化净化气体便利贴，不仅具有由于催化剂失活而需要去除与更新较方便的优点，更具有表面处理后的催化剂涂层与基底膜的增强界面而提高耐久性的优点。

Description

光催化净化气体便利贴的制备方法
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，尤其涉及光催化净化气体便利贴的制备方法及其应用。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)是室内主要空气污染物之一。挥发性有机物具有毒性与致癌性，对人体健康造成极大的危害，甚至会威胁到人的生命。因此，及时脱除室内空气中挥发性有机物，净化室内空气刻不容缓。
目前，室内空气中VOCs的脱除方法主要包括吸附法、等离子体法、热催化法和光催化法。吸附法是利用吸附剂对吸附质的强吸附能力来脱除VOCs。但由于吸附剂的吸附能力有限，与吸附质达到吸脱附平衡后，需进行再生处理，后续工作繁琐复杂。等离子体法脱除VOCs原理是，气体放电产生的大量自由基和活性粒子与VOCs发生反应，达到脱除VOCs的目的。但此方法能耗高，操作繁琐，放电过程中产生氮氧化物、臭氧等副产物，造成二次污染。热催化法是在催化剂的作用下将VOCs氧化为CO2。热催化技术无二次污染、且脱除效率高，处理量大，但非贵金属氧化物需要一定较高的温度下，才能将VOCs完全氧化，需要较大能耗。
光催化原理是，在光照条件下，半导体光催化剂(如TiO2，CdS等)表面产生的活性物种将VOCs氧化为CO2。光催化法无二次污染，易操作，可在室温，常压下进行反应，因此能耗小。但半导体禁带宽度普遍较大(如TiO2)，只能在仅占太阳光约5％的紫外光的照射下，才有光催化活性。为将光催化剂的光响应吸收范围转移至可见光区域，可在载体上担载等离子激元型金属纳米粒子。可见光照射下，金属纳米粒子表面会产生等离子共振效应(TheOptical Properties of Metal Nanoparticles:The Influence of Size,Shape,andDielectric Environment.J.Phys.Chem.B.,2003,107,668.)，使负载型金属催化剂吸收可见光。
光催化剂的应用，通常是将光催化剂涂布附着在硬性基底上，如紫外光照下除雾功能的浴镜，采用半导体光催化剂涂布在镜片上。涂布在硬性基底材料表面的方式，若催化剂失活后，存在不易去除，亦不易更新的缺点。迄今为止，尚没有光催化净化室内空气用的光催化净化气体便利贴技术及产品，尤其是面向可见光(太阳光、室内光源)条件下的以聚合物膜材料为基底的单(多)层光催化净化气体便利贴。在实际应用中，尤其催化剂涂层竖直放置时，由于受重力及湿度的影响，催化剂涂层容易剥离脱落。迄今为止，尚没有采用等离子体技术处理基底材料，以增强光催化剂涂层与基底膜材料表面之间的附着力的技术报道。
发明内容
为了解决现有技术上所存在的问题，本发明提供了一种光催化净化气体便利贴制备方法。
本发明的技术方案：
一种光催化净化气体便利贴的制备方法，步骤如下：
(1)等离子激元型光催化剂由活性组份及载体组成，活性组份为Au、Ag、Cu中的一种或两种以上混合，载体为TiO2、CdS、ZnO、SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2、Fe2O3中的一种或两种以上混合；采用溶液浸渍法，将活性组份的前驱体溶液与载体混合分散，干燥后备用；
(2)首先，将等离子激元型光催化剂涂布附着在经等离子体技术处理过的基底膜一侧表面上，等离子激元型光催化剂涂层的厚度为纳米级到微米级；再对等离子激元型光催化剂涂层进行活化，形成附着等离子激元型光催化剂的基底膜组件；
(3)在活化后的附着等离子激元型光催化剂涂层的基底膜组件的另一侧表面制备便利贴，整体即为光催化净化气体便利贴；
(4)在光照条件下，将光催化净化气体便利贴置于空气气氛中，进行光催化氧化脱除空气中的可挥发性有机物。
所述的基底膜是聚合物膜材料或硬性基底材料，基底膜的表面采用等离子体方法进行处理，以增强等离子激元型光催化剂与基底膜材料表面之间的附着力；所述的等离子体方法为采用氧气、氩气、氮气放电产生等离子体中的一种或两种以上进行表面处理。所述的聚合物膜材料是聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚乙烯或聚丙烯；所述的硬性基底材料是石英玻璃、普通玻璃或金属薄片。
所述的等离子激元型光催化剂涂层的活化采用焙烧和/或等离子体方法。
所述的焙烧的温度为100～500℃，焙烧时间为0.5～5小时。
所述的等离子体方法为采用氧气、氩气、氮气放电产生等离子体中的一种或两种以上进行处理，以使催化剂层活化。
所述的空气气氛为具有流动性的室内外空气，温度是室温或户外温度，湿度是室内外的大气自然湿度或有增湿的湿度，光照是室内外太阳光或紫外光源。
本发明的有益效果：本发明是通过光催化净化气体便利贴的光催化剂(尤其是可见光催化剂)，在自然光照或人工光照、以及一定温度、湿度条件下，对气体中(如空气)的可挥发性有机物进行催化和/或光催化氧化，生成二氧化碳和水，达到脱除污染物和净化气体(空气)的效果，以提高人居环境的大气安全性和舒适性。该方法可在室温、常压条件下运行，无二次污染和运行成本，适合室内外场所。该发明的光催化净化气体便利贴，不仅具有由于催化剂失活而需要去除与更新较方便的优点，更具有表面处理后的催化层与基底膜的增强界面而提高耐久性的优点，其结构示意图可参见图1。
附图说明
图1是多层光催化净化气体便利贴的结构示意图。
图中：1活化后的等离子激元型光催化剂；2等离子体处理过的基底膜；3不粘胶。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
步骤一(浸渍)，采用改进浸渍法制备1wt％Au/TiO2光催化剂。(1)取适量2.4×10- 2mol/L的氯金酸溶液倒入装有TiO2(P25，Deggusa)粉末的烧杯中，使用玻璃棒搅拌5分钟；(2)避光浸渍12个小时；(3)分别用氨水和去离子水洗催化剂，通过离心机进行固液相分离，为了更彻底地去除氯离子，再一次重复此步骤；(4)将洗好的催化剂放入80℃的烘箱里干燥8个小时，避光存放在冰箱里。
步骤二(基底处理)，采用氧等离子体方法对2.5cmx2.5cm普通玻璃片进行处理。
步骤三(涂布及活化)，取1.8g去离子水加入到0.135g Au/TiO2粉体中，磁力搅拌器上搅拌15min；取0.215mg浑浊液均匀滴在等离子体处理过的玻璃片上；将Au/TiO2涂层置于80℃烘箱，干燥1h；然后置于200℃马弗炉中焙烧2h。Au/TiO2实际含量为2.0mg/cm2左右。
步骤四(催化剂活性评价)，将甲醛浓度为50±2ppm，相对湿度为21.9％的模拟空气经过Au/TiO2涂层，反应温度为20±1℃，停留时间为0.19s，LED绿光光强为38.5mW/cm2，最终，甲醛转化率为79.7％。
实施例2：
采用实施例1的步骤一中催化剂制备方法，制备新鲜的3％Au/TiO2光催化剂。采用实施例1的步骤二中基底处理方法，对聚酰亚胺基底膜进行氧等离子体处理。采用实施例1的步骤三中催化剂涂布方法，制备Au/TiO2涂层。以氧等离子体方式对催化剂涂层进行活化，在另一侧涂不粘胶，最终得到光催化净化气体便利贴。将其贴在客厅的墙壁上，选择太阳入射光强最大的中午时分启动风扇，湿度较低时，同时也启动加湿器，光催化净化室内空气。
实施例3：
采用实施例1的步骤一中催化剂制备方法，制备新鲜的Au/SiO2光催化剂。对基底聚乙烯膜进行氩等离子体处理。采用实施例1的步骤三中催化剂涂布方法，制备Au/SiO2涂层。以氧等离子体方式对催化剂涂层进行活化，在另一侧涂不粘胶，最终得到光催化净化气体便利贴。将其贴在卫生间的墙壁上，开日光灯，启动换气扇，光催化净化室内空气。
实施例4：
采用实施例1的步骤一中催化剂制备方法，制备新鲜的Au/ZrO2光催化剂。采用实施例1的步骤二中基底处理方法，对聚酰亚胺进行氧等离子体处理。采用实施例1的步骤三中催化剂涂布及活化方法，制备Au/ZrO2涂层。在另一侧涂不粘胶，最终得到光催化净化气体便利贴。将其贴在厨房的墙壁上，晚上做饭时，开日光灯和抽油烟机的同时，光催化净化室内空气。

Claims (8)

1.一种光催化净化气体便利贴的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)等离子激元型光催化剂由活性组份及载体组成，活性组份为Au、Ag、Cu中的一种或两种以上混合，载体为TiO2、CdS、ZnO、SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2、Fe2O3中的一种或两种以上混合；采用溶液浸渍法，将活性组份的前驱体溶液与载体混合分散，干燥后备用；
(2)首先，将等离子激元型光催化剂涂布附着在经等离子体方法处理过的基底膜一侧表面上，等离子激元型光催化剂涂层的厚度为纳米级到微米级；再对等离子激元型光催化剂涂层进行活化，形成附着等离子激元型光催化剂的基底膜组件；
(3)在活化后的附着等离子激元型光催化剂涂层的基底膜组件的另一侧表面制备便利贴，整体即为光催化净化气体便利贴；
(4)在光照条件下，将光催化净化气体便利贴置于空气气氛中，进行光催化氧化脱除空气中的可挥发性有机物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的基底膜是聚合物膜材料或硬性基底材料，基底膜的表面采用等离子体技术进行处理，以增强等离子激元型光催化剂与基底膜材料表面之间的附着力；所述的等离子体技术为采用氧气、氩气、氮气放电产生等离子体中的一种或两种以上进行表面处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的聚合物膜材料是聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚乙烯或聚丙烯；所述的硬性基底材料是石英玻璃、普通玻璃或金属薄片。
4.根据权利要求1～3任一所述的制备方法，其特征在于，所述的等离子激元型光催化剂涂层的活化采用焙烧和/或等离子体技术。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的焙烧的温度为100～500℃，焙烧时间为0.5～5小时。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的等离子体技术为采用氧气、氩气、氮气放电产生等离子体中的一种或两种以上进行处理，以使催化剂层活化。
7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的制备方法，其特征在于，所述的空气气氛为具有流动性的室内外空气，温度是室温或户外温度，湿度是室内外的大气自然湿度或有增湿的湿度，光照是室内外太阳光或紫外光源。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的空气气氛为具有流动性的室内外空气，温度是室温或户外温度，湿度是室内外的大气自然湿度或有增湿的湿度，光照是室内外太阳光或紫外光源。
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