CN107413323A - 一种光触媒复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光触媒复合材料及其制备方法，本发明提供的光触媒复合材料，通过在基底上生在光触媒晶体；且使所述光触媒晶体为针状、棒状、带状、管状和花瓣状中的一种或几种，并且使所述光触媒晶体的长度与垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离的比值大于10，使得得到的光触媒晶体复合材料的催化效率大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及光触媒领域，尤其涉及一种光触媒复合材料及其制备方法。
背景技术
光触媒技术是在光辐照的条件下，在触媒介质表面发生氧化还原反应的过程，目标的有机分子在这个过程中被分解，最终成为二氧化碳和水，从而达到清除有机污染物的目的。
目前，光触媒技术的使用主要是通过将纳米级的光催化材料涂在载体上，如平板上，纤维纺织品上，得到光触媒复合材料，但是，目前公开的光触媒复合材料的光催化效率较低，严重制约了光触媒复合材料的发展，因此，如何提高光触媒复合材料的光催化效率是目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供光触媒复合材料，本发明提供的光触媒复合材料的光催化效率高。
本发明提供了一种光触媒复合材料，包括：
基底，
生长在基底上的光触媒晶体；
所述光触媒晶体为针状、棒状、带状、管状和花瓣状中的一种或几种；
所述光触媒晶体的长度与垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离的比值大于10。
优选的，所述光触媒晶体的材质为TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS和SrTiO3中的一种或几种。
优选的，所述基底为二氧化硅板、玻璃板或金属板。
优选的，所述金属板中的金属为金、银、锌和铝中的一种或几种；
所述金属网中的金属为金、银、锌和铝中的一种或几种。
优选的，所述光触媒晶体垂直生长在所述基底上。
优选的，所述光触媒晶体的长度为500～10000nm。
优选的，所述光触媒晶体中垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离为1～100nm。
本发明还提供了一种本发明所述的光触媒复合材料的制备方法，包括：
1)将金属盐溶液、pH值调节剂和聚乙烯亚胺混合，得到混合液；
2)将基底浸入步骤1)得到的混合液中，缓慢加热至70～95℃反应，得到光触媒复合材料。
优选的，所述pH值调节剂为六次甲基四胺、氢氧化氨(氨水)和氢氧化钠中的一种或几种。
优选的，所述混合液的pH值为9～12。
与现有技术相比，本发明提供了一种光触媒复合材料，通过在基底上生在光触媒晶体；且使所述光触媒晶体为针状、棒状、带状、管状和花瓣状中的一种或几种，并且使所述光触媒晶体的长度与垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离的比值大于10，使得得到的光触媒晶体复合材料的催化效率大大提高，实验结果表明，本发明所述的复合材料500平方厘米在含有0.5毫克甲醛的1立方米的空间内，运行一个小时后，甲醛的浓度下降了92％，甲醛的浓度远远低于国家标准。再运行1小时，甲醛的浓度又下降了40％。总的甲醛清除率达到96％。而且，本发明提供的制备方法简单，易于实现工业化。
附图说明
图1为实施例1制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为20微米时的电镜照片；
图2为实施例1制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为1微米时的电镜照片；
图3为实施例2制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为1微米时的电镜照片；
图4为实施例2制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为10微米时的电镜照片；
图5为实施例3制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为50微米时的电镜照片；
图6为实施例3制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为10微米时的电镜照片。
具体实施方式
本发明提供了一种光触媒复合材料，包括：
基底，
生长在基底上的光触媒晶体；
所述光触媒晶体为针状、棒状、带状、管状和花瓣状中的一种或几种；
所述光触媒晶体的长度与垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离的比值大于10。。
按照本发明，所述光触媒晶体的材质优选为TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3和SiO2中的一种或几种，更优选为TiO2、ZnO和Fe2O3中的一种或几种。所述光触媒晶体的长度优选为500～10000nm，更优选为600～8000nm，更优选为800～7000nm，更优选为1000～5000nm，1500～4500nm，更优选为2500～4000nm；所述光触媒晶体中垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离优选为1～100nm，更优选为3～50nm，最优选为5～35nm，最优选为10～20nm。其中，垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离解释为：如果晶体是圆柱体，那么截面就是圆，垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离就是指圆的直径。
所述基底优选为二氧化硅板、玻璃板或金属板，更优选为金属板，其中，所述金属板中的金属优选为金、银、锌和铝中的一种或几种，更优选为金、银、锌或铝；其中，本发明所述的金属板是指纯金属板或者表面包覆有金属薄层的金属板。
另外，本发明提供的复合材料中，所述光触媒晶体优选垂直生长在所述基底上，其中，本发明所述的垂直生长是指一种向外生长的趋势，并不是指完全垂直生长在基底上。
本发明还提供了一种本发明所述的光触媒复合材料的制备方法，包括：
1)将金属盐溶液、pH值调节剂和聚乙烯亚胺混合，得到混合液；
2)将基底浸入步骤1)得到的混合液中，缓慢加热至70～95℃反应，得到光触媒复合材料。
按照本发明，本发明将金属盐溶液、pH值调节剂和聚乙烯亚胺混合，得到混合液；所述金属盐中的金属优选为钛、锌、镉、钨、铁、铅、锡和锶中的一种或几种，所述金属盐优选为金属的硝酸盐或金属的醋酸盐；所述金属盐溶液优选为金属盐的水溶液；所述金属盐水溶液的浓度优选为1～100mol/L，更优选为10～80mol/L，最优选为30～70mol/L；所述pH值调节剂优选为六次甲基四胺、氢氧化氨(氨水)和氢氧化钠中的一种或几种；所述聚乙烯亚胺的数均分子量优选为30000～35000，所述混合液中，所述聚乙烯亚胺与所述混合液的用量比优选为(1～10)g：1L，更优选为(3～6)g：1L。
按照本发明，本发明将基底浸入步骤1)得到的混合液中，缓慢加热至75～95℃反应，得到光触媒复合材料。其中，所述基底优选为二氧化硅板、玻璃板或金属板，更优选为金属板，其中，所述金属板中的金属优选为金、银、锌和铝中的一种或几种，更优选为金、银、锌或铝；其中，本发明所述的金属板是指纯金属板或者表面包覆有金属薄层的金属板。所述反应的温度优选为80～90℃；所述反应的时间优选为30～120min，更优选为50～100min。
本发明提供了一种光触媒复合材料，通过在基底上生在光触媒晶体；且使所述光触媒晶体为针状、棒状、带状、管状和花瓣状中的一种或几种，并且使所述光触媒晶体的长度与垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离的比值大于10，使得得到的光触媒晶体复合材料的催化效率大大提高。而且，本发明提供的制备方法简单，易于实现工业化生产。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
25mmol硝酸锌溶解在1L去离子水中，加入hexametylenetetramine(HMT)六次甲基四胺25mmol。每升溶液加入聚乙烯亚胺5克。均匀混合后，把镀有Al金属层的衬底没入此液体中。缓慢加热到82℃，并保持30分钟到60分钟。冷却后取出后，清洗，烘干，得到光触媒复合材料。
对得到的光触媒复合材料的形貌进行检测，结果见图1～2，图1为实施例1制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为20微米时的电镜照片；图2为实施例1制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为1微米时的电镜照片。
对得到的光触媒复合材料的性能进行检测，理论上，在紫外光照射下，每平方厘米光触媒一个小时内平均分解甲醛的能力大于1微克。实测结果，一个大约500平方厘米本发明提供的光触媒复合材料在含有0.5毫克甲醛的1个立方米的空间内，运行一个小时后，甲醛的浓度下降了92％。甲醛的浓度为0.05毫克，低于国家标准(每立方米0.08毫克)。继续运行一个小时甲醛的浓度下降到0.024毫克。在低于国家标准的浓度下，光触媒复合材料仍然保持很高的净化效率。
向上述空间内再次充入0.5mg甲醛，继续降解，重复24次，其对甲醛的降解仍在90％以上。
实施例2
25mmol醋酸锌溶解在1L去离子水中，加入氢氧化氨调整pH值至10。每升溶液加入聚乙烯亚胺10克。均匀混合后，把镀有铁金属层的衬底没入此液体中。缓慢加热到95℃，并保持80分钟。冷却后取出后，清洗，烘干，得到光触媒复合材料。
对得到的光触媒复合材料的性能进行检测，理论上，在紫外光照射下，每平方厘米光触媒一个小时内平均分解甲醛的能力大于1微克。实测结果，一个大约500平方厘米本发明提供的光触媒复合材料在含有0.5毫克甲醛的1个立方米的空间内，运行一个小时后，甲醛的浓度下降了92％。
向上述空间内再次充入0.5mg甲醛，继续降解，重复24次，其对甲醛的降解仍在90％以上。
对得到的光触媒复合材料的形貌进行检测，结果见图3～4，图3为实施例2制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为1微米时的电镜照片；图4为实施例2制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为10微米时的电镜照片。
实施例3
50mmol醋酸锌溶解在2L去离子水中，加入氢氧化氨调整pH值至12。每升溶液加入聚乙烯亚胺8克。均匀混合后，把镀有铁金属层的衬底没入此液体中。缓慢加热到95℃，并保持120分钟。冷却后取出后，清洗，烘干，得到光触媒复合材料。
对得到的光触媒复合材料的性能进行检测，理论上，在紫外光照射下，每平方厘米光触媒一个小时内平均分解甲醛的能力大于1微克。实测结果，一个大约500平方厘米本发明提供的光触媒复合材料在含有0.5毫克甲醛的1个立方米的空间内，运行一个小时后，甲醛的浓度下降了92％。
向上述空间内再次充入0.5mg甲醛，继续降解，重复24次，其对甲醛的降解仍在90％以上。
对得到的光触媒复合材料的形貌进行检测，结果见图5～6，图5为实施例3制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为50微米时的电镜照片；图6为实施例3制备得到的光触媒复合材料的电镜照片在比例尺为10微米时的电镜照片。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光触媒复合材料，包括：
基底，
生长在基底上的光触媒晶体；
所述光触媒晶体为针状、棒状、带状、管状和花瓣状中的一种或几种；
所述光触媒晶体的长度与垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离的比值大于10。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述光触媒晶体的材质为TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS和SrTiO3中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述基底为二氧化硅板、玻璃板或金属板。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述金属板中的金属为金、银、锌和铝中的一种或几种；
所述金属网中的金属为金、银、锌和铝中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述光触媒晶体垂直生长在所述基底上。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述光触媒晶体的长度为500～10000nm。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述光触媒晶体中垂直于长度方向的截面上最远的两点间的距离为1～100nm。
8.一种权利要求1～7任意一项所述的光触媒复合材料的制备方法，包括：
1)将金属盐溶液、pH值调节剂和聚乙烯亚胺混合，得到混合液；
2)将基底浸入步骤1)得到的混合液中，缓慢加热至70～95℃反应，得到光触媒复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述pH值调节剂为六次甲基四胺、氢氧化氨(氨水)和氢氧化钠中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混合液的pH值为9～12。
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2016
- 2016-05-23 CN CN201610347919.7A patent/CN107413323A/zh active Pending
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