CN111420465A - 一种光催化滤网及其制备方法 - Google Patents

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龙定彪
杨飞云
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Abstract

本发明提供了一种光催化滤网及其制备方法，光催化滤网包括聚酯纤维棉和负载在聚酯纤维棉上的催化剂凝胶，催化剂凝胶中含有Cu2O/{001}TiO2复合光催化材料；光催化滤网的制备方法步骤包括：配制硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液和葡萄糖溶液；称取{001}TiO2 0.2‑2g加入硫酸铜溶液中得混合溶液A；将葡萄糖溶液升温；将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，得到混合溶液B；将葡萄糖溶液加入到出混合溶液B中得到混合溶液C，对混合溶液C进行离心处理，得到催化剂凝胶；将聚酯纤维棉放入清洗后的催化剂凝胶中，烘干后得到光催化滤网。本发明中光催化滤网的光催化材料能够稳定地负载在聚酯纤维棉基体上，有利于幅延长光催化滤网的使用寿命；本发明中光催化滤网的透气性能优异。

Description

一种光催化滤网及其制备方法
技术领域
本发明属于光催化材料负载技术领域，具体涉及一种光催化滤网及其制备方法。
背景技术
光催化反应是光催化材料在光照射下释放具有强氧化性的活性自由基，可将各种大污染物分子降解成无害的小分子污染物，整个反应过程彻底且无二次污染，广泛应用于印染废水、抗生素废水、挥发性有机物、甲醛等污染物的去除。但是，目前的光催化材料几乎都是粉末状，在实际应用中存在难回收和浪费量大的问题，导致其使用成本大幅增加。
此外，文献CN109999918A公开了一种棉纤维原位负载纳米二氧化钛的制备方法，包括以下制备步骤：S1、将棉纤维浸渍到钛盐、有机酸和乙醇的混合溶液中，静置1h后通过一浸两轧处理去除多余的溶液，轧余率为90%，得到预处理棉纤维；S2、将乙醇和去离子水按一定比例混合，并调控溶液的pH至一定值，得到混合溶剂；S3、将预处理棉纤维浸渍到混合溶剂中，静置1h后进行一浸两轧处理，轧余率为90%，在一定温度下烘干之后，用去离子水洗去浮在纤维表面的纳米二氧化钛并低温烘干，得到棉纤维原位负载纳米二氧化钛。采用该方法虽然能够将纳米二氧化钛负载到棉纤维上，但其负载后的稳定性欠佳。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种光催化滤网及其制备方法，以提高光催化材料的负载稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下所述技术方案。
一种光催化滤网，它包括聚酯纤维棉和负载在聚酯纤维棉上的催化剂凝胶，所述催化剂凝胶中含有Cu2O/{001}TiO2复合光催化材料。
作为优选，聚酯纤维棉的丝状纤维在三维空间相互穿插。
作为优选，聚酯纤维棉的丝状纤维在三维空间弯折且相互穿插。
作为优选，聚酯纤维棉的厚度为5-50mm。
进一步地，一种所述光催化滤网的制备方法，其步骤包括：
步骤1，按照质量份比计，称取无水硫酸铜0.5-8g，氢氧化钠0.4-6.4g，葡萄糖0.8-12g
，并分别配制硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液和葡萄糖溶液；
步骤2，称取{001}TiO2 0.2-2g，加入硫酸铜溶液中，超声搅拌使其分散均匀，得混合溶液A；
步骤3，将葡萄糖溶液置于搅拌器上，搅拌升温至33-35℃；
步骤4，将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，得到混合溶液B；观察混合溶液B，直到出现蓝色沉淀；
步骤5，将步骤3中升温后的葡萄糖溶液加入到出现蓝色沉淀的混合溶液B中，得到混合溶液C，将混合溶液C置于搅拌器上，搅拌升温至68-72℃后恒温一段时间，直到混合溶液C出现砖红色沉淀；
步骤6，对步骤5中出现砖红色沉淀后的混合溶液C进行离心处理，得到催化剂凝胶；
步骤7，对所得催化剂凝胶进行清洗，将聚酯纤维棉放入清洗后的催化剂凝胶中，在温度为25-35℃、转速为80-120r/min的条件下震荡3-5h后将聚酯纤维棉取出，烘干后得到光催化滤网。
作为优选，步骤3中搅拌方式采用超声搅拌，搅拌时间15-30分钟。
作为优选，步骤7中烘干温度控制为58-65℃。
作为优选，步骤1中，硫酸铜溶液的溶液密度为0.005-0.08g/ml，氢氧化钠溶液的溶液密度为0.04-0.64 g/ml，葡萄糖溶液的溶液密度为0.11-0.16g/ml。
有益效果：本发明中光催化滤网的光催化材料能够稳定地负载在聚酯纤维棉基体上，有利于幅延长光催化滤网的使用寿命；本发明中光催化滤网的透气性能优异，有利于充分降解小分子污染物；采用本发明中光催化滤网，使用过程中对光催化材料的浪费量小；本发明中光催化滤网的制备方法简单，制备时间短。
附图说明
图1为实施例1中负载光催化材料前的聚酯纤维棉电镜扫描图；
图2为实施例1中的光催化滤网局部图；
图3为实施例1中的光催化滤网使用前的电镜扫描图；
图4为实施例1中的光催化滤网使用一段时间后的电镜扫描图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例1
一种光催化滤网，如图1、图2和图3所示，其制备方法的步骤包括：
步骤1，按照质量份比计，称取无水硫酸铜8g，氢氧化钠6.4g，葡萄糖12g，并分别配制硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液和葡萄糖溶液；其中，将称取好的无水硫酸铜溶于100mL超纯水中，搅拌形成硫酸铜溶液；将称取好的氢氧化钠溶于10 mL超纯水中搅拌形成氢氧化钠溶液；将称取好的葡萄糖溶于75 mL的超纯水中搅拌形成葡萄糖溶液；
步骤2，称取{001}TiO2 2g，加入硫酸铜溶液中，超声搅拌15分钟使其分散均匀，得混合溶液A；
步骤3，将葡萄糖溶液置于恒温磁力搅拌器上，搅拌升温至34℃；
步骤4，将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，得到混合溶液B；观察混合溶液B，直到出现蓝色沉淀；
步骤5，将步骤3中升温后的葡萄糖溶液加入到出现蓝色沉淀的混合溶液B中，得到混合溶液C，将混合溶液C置于恒温磁力搅拌器上，搅拌升温至70℃后恒温15分钟，直到混合溶液C出现砖红色沉淀；
步骤6，对步骤5中出现砖红色沉淀后的混合溶液C进行离心处理，得到催化剂凝胶；
步骤7，对所得催化剂凝胶用无水乙醇进行清洗，将聚酯纤维棉放入清洗后的催化剂凝胶中，在温度为30℃、转速为100r/min的条件下震荡4h后将聚酯纤维棉取出，在60℃的氛围中烘干后得到光催化滤网，所制得的光催化滤网见图2和图3。
将本实施例中制得的光催化滤网安装在有紫外灯照射的过滤器上，仅安装一层光催化滤网，将该过滤器安装在猪舍风道（风道进口有轴流风机引风）进行空气净化实验，运行6个月后取下光催化滤网再次进行电镜扫描，扫描结果见图4。由图4可知，使用6个月后的催化滤网的聚酯纤维棉上仍然负载有大量（约初始状态的一半）光催化材料，可见，其光催化材料的负载稳定性优异。
实施例2
一种光催化滤网，其制备方法的步骤包括：
步骤1，按照质量份比计，称取无水硫酸铜0.5g，氢氧化钠0.4g，葡萄糖0.8g，并分别配制硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液和葡萄糖溶液；其中，将称取好的无水硫酸铜溶于100mL超纯水中，搅拌形成硫酸铜溶液；将称取好的氢氧化钠溶于10 mL超纯水中搅拌形成氢氧化钠溶液；将称取好的葡萄糖溶于75 mL的超纯水中搅拌形成葡萄糖溶液；
步骤2，称取{001}TiO2 0.2g，加入硫酸铜溶液中，超声搅拌15分钟使其分散均匀，得混合溶液A；
步骤3，将葡萄糖溶液置于恒温磁力搅拌器上，搅拌升温至33℃；
步骤4，将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，得到混合溶液B；观察混合溶液B，直到出现蓝色沉淀；
步骤5，将步骤3中升温后的葡萄糖溶液加入到出现蓝色沉淀的混合溶液B中，得到混合溶液C，将混合溶液C置于恒温磁力搅拌器上，搅拌升温至68℃后恒温15分钟，直到混合溶液C出现砖红色沉淀；
步骤6，对步骤5中出现砖红色沉淀后的混合溶液C进行离心处理，得到催化剂凝胶；
步骤7，对所得催化剂凝胶用无水乙醇进行清洗，将聚酯纤维棉放入清洗后的催化剂凝胶中，在温度为25℃、转速为120r/min的条件下震荡3h后将聚酯纤维棉取出，烘干后得到光催化滤网。
实施例3
一种光催化滤网，其制备方法的步骤包括：
步骤1，按照质量份比计，称取无水硫酸铜1.6g，氢氧化钠1.3g，葡萄糖2.4g，并分别配制硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液和葡萄糖溶液；其中，将称取好的无水硫酸铜溶于100mL超纯水中，搅拌形成硫酸铜溶液；将称取好的氢氧化钠溶于10 mL超纯水中搅拌形成氢氧化钠溶液；将称取好的葡萄糖溶于75 mL的超纯水中搅拌形成葡萄糖溶液；
步骤2，称取{001}TiO2 0.4g，加入硫酸铜溶液中，超声搅拌14分钟使其分散均匀，得混合溶液A；
步骤3，将葡萄糖溶液置于恒温磁力搅拌器上，搅拌升温至35℃；
步骤4，将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，得到混合溶液B；观察混合溶液B，直到出现蓝色沉淀；
步骤5，将步骤3中升温后的葡萄糖溶液加入到出现蓝色沉淀的混合溶液B中，得到混合溶液C，将混合溶液C置于恒温磁力搅拌器上，搅拌升温至72℃后恒温14分钟，直到混合溶液C出现砖红色沉淀；
步骤6，对步骤5中出现砖红色沉淀后的混合溶液C进行离心处理，得到催化剂凝胶；
步骤7，对所得催化剂凝胶用无水乙醇进行清洗，将聚酯纤维棉放入清洗后的催化剂凝胶中，在温度为35℃、转速为80r/min的条件下震荡5h后将聚酯纤维棉取出，烘干后得到光催化滤网。
本发明中光催化滤网的光催化材料能够稳定地负载在聚酯纤维棉基体上，有利于幅延长光催化滤网的使用寿命；本发明中光催化滤网的透气性能优异，有利于充分降解小分子污染物；采用本发明中光催化滤网，使用过程中对光催化材料的浪费量小；本发明中光催化滤网的制备方法简单，制备时间短，整个制备过程仅约四个半小时。

Claims (8)

1.一种光催化滤网，其特征在于：它包括聚酯纤维棉和负载在聚酯纤维棉上的催化剂凝胶，所述催化剂凝胶中含有Cu2O/{001}TiO2复合光催化材料。
2.根据权利要求1所述的光催化滤网，其特征在于：聚酯纤维棉的丝状纤维在三维空间相互穿插。
3.根据权利要求1所述的光催化滤网，其特征在于：聚酯纤维棉的丝状纤维在三维空间弯折且相互穿插。
4.根据权利要求1、2或3所述的光催化滤网，其特征在于：聚酯纤维棉的厚度为5-50mm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述光催化滤网的制备方法，其特征在于步骤包括：
步骤1，按照质量份比计，称取无水硫酸铜0.5-8g，氢氧化钠0.4-6.4g，葡萄糖0.8-12g份，并分别配制硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液和葡萄糖溶液；
步骤2，称取{001}TiO2 0.2-2g，加入硫酸铜溶液中，超声搅拌使其分散均匀，得混合溶液A；
步骤3，将葡萄糖溶液置于搅拌器上，搅拌升温至33-35℃；
步骤4，将氢氧化钠溶液加入混合溶液A中，得到混合溶液B；观察混合溶液B，直到出现蓝色沉淀；
步骤5，将步骤3中升温后的葡萄糖溶液加入到出现蓝色沉淀的混合溶液B中，得到混合溶液C，将混合溶液C置于搅拌器上，搅拌升温至68-72℃后恒温一段时间，直到混合溶液C出现砖红色沉淀；
步骤6，对步骤5中出现砖红色沉淀后的混合溶液C进行离心处理，得到催化剂凝胶；
步骤7，对所得催化剂凝胶进行清洗，将聚酯纤维棉放入清洗后的催化剂凝胶中，在温度为25-35℃、转速为80-120r/min的条件下震荡3-5h后将聚酯纤维棉取出，烘干后得到光催化滤网。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3中搅拌方式采用超声搅拌，搅拌时间15-30分钟。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤7中烘干温度控制为58-65℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤1中，硫酸铜溶液的溶液密度为0.005-0.08g/ml，氢氧化钠溶液的溶液密度为0.04-0.64 g/ml，葡萄糖溶液的溶液密度为0.11-0.16g/ml。
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