CN112588294A - 一种空气净化用复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气净化用复合材料,其采用冷冻干燥方式制备还原的氧化石墨炔‑MnO2气凝胶;随后以其为支撑骨架采用电化学沉积工艺负载铁酸锌,丰富的层次空隙结构有效的提升材料比表面积从而捕捉空气中的有害成分;引入还原的氧化石墨炔,能够抑制光生电子‑空穴对复合,从而提高复合材料的催化性能;二氧化锰‑铁酸锌形成异质结结构,克服了单一的催化材料的不足,三种材料协同作用,在可见光下对甲醛、甲苯、氨等有毒气体具有优秀的光催化活性和光降解速率。

Description

一种空气净化用复合材料
技术领域
本发明涉及一种空气净化用光催化剂的制备方法,特别是涉及一种能降解空气污染物的光催化剂的制备方法,应用于空气治理技术领域。
背景技术
随着社会不断发展,空气污染愈演愈烈,汽车的尾气、房屋装修后的残留有害物质和工业生产排放的有毒气体排放到空气中,严重的影响人类的生活质量。
空气污染主要包括有机物污染和重金属污染,其中有机污染物主要包括芳香类及其衍生物、烷烃类和烯烃类等有刺激性气味的有机物,其常压下沸点介于50℃-260℃之间,室温下饱和蒸气压超过70Pa,化学性质较稳定,难于自然分解和生物降解。目前,空气有机污染物主要通过物理、化学以及生物方法去除,光催化技术治理空气污染的主要手段之一,其具有可利用光在光催化材料表面原位形成活性氧物种,活性氧物种与吸附在催化剂表面的污染物分子相互作用,将其分解转化进而达到净化空气污染物,光催化技术具有反应条件温和、自由基反应速率快的优点,但现有的光催化剂普遍结构不稳定,光催化效率普遍较低。
发明内容
本发明涉及一种光催化剂的制备方法,特别是涉及一种能降解空气污染物的光催化剂的制备方法,应用于光催化剂材料制备和空气治理技术领域。
一种空气净化用复合材料,其制备方法包括如下步骤:
(1)将MnCl2·4H2O、KMnO4和氧化石墨炔加入到DMF中,50-100℃条件下反应60-100min,产物用水和去离子水洗涤3次后分散在去离子水中,浓度为20-50mg/mL,液氮中冷冻0.5-1h,随后置于冷冻干燥室中干燥12-24h,制得三维还原的氧化石墨炔-MnO2气凝胶;
(2)称量锌盐、铁盐分散于去离子水中,超声溶解,随后,以MnO2气凝胶作为工作电极,铂片电极作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,电沉积电压为-2-2V,电沉积时间为30-40min,在MnO2气凝胶内部电沉积铁酸锌,烘干,将烘干的前驱体进行热处理。
优选的,热处理温度为300-500℃,且热处理在惰性气氛下进行。
优选的,烘干工艺为于60-80℃烘箱中120-240min。
优选的,所述锌盐、铁盐为硝酸盐、硫酸盐。
优选的,热处理的时间为1-3h。
有益效果:
本申请以二氧化锰/还原的氧化石墨炔气凝胶作为支撑骨架,在其表面以电化学沉积工艺制备铁酸锌,丰富的层次空隙结构有效的提升材料比表面积,便于铁酸锌的大量负载,并且可以有效捕捉空气中的有害成分;二氧化锰-铁酸锌形成异质结结构,克服了单一的催化材料的不足,引入还原的氧化石墨炔,发现其能够抑制光生电子-空穴对复合,从而提高复合材料的催化性能;三种材料协同作用,在可见光下对甲醛、甲苯、氨等有毒气体具有优秀的光催化活性和光降解速率。
实施例1
(1)将0.23g的MnCl2·4H2O、0.15g的KMnO4和0.02g氧化石墨炔加入到50mL的DMF中,60℃条件下反应100min,产物用水和去离子水洗涤3次后分散在水中,浓度为20mg/mL,液氮中冷冻0.5h,随后置于冷冻干燥室中干燥12h,制得3D的还原氧化石墨炔-MnO2气凝胶;
(2)称量硝酸锌、硫酸铁分散于100mL去离子水中,超声溶解,随后,以气凝胶作为工作电极,铂片电极作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,电沉积电压为-2V,电沉积时间为30min,在气凝胶内部电沉积铁酸锌,于60℃烘箱中120min烘干,将烘干的前驱体进行热处理,热处理温度为350℃。
实施例2
(1)将0.23g的MnCl2·4H2O、0.15g的KMnO4和0.01g氧化石墨炔加入到50mL的DMF中,80℃条件下反应100min,产物用水和去离子水洗涤3次后分散在水中,浓度为25mg/mL,液氮中冷冻0.5h,随后置于冷冻干燥室中干燥24h,制得3D的还原氧化石墨炔-MnO2气凝胶;
(2)称量硝酸锌、硫酸铁分散于100mL去离子水中,超声溶解,随后,以气凝胶作为工作电极,铂片电极作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,电沉积电压为-1V,电沉积时间为50min,在气凝胶内部电沉积铁酸锌,于60℃烘箱中120min烘干,将烘干的前驱体进行热处理,热处理温度为380℃。
实施例3
(1)将0.3g的MnCl2·4H2O、0.24g的KMnO4和0.005g氧化石墨炔加入到50mL的DMF中,80℃条件下反应100min,产物用水和去离子水洗涤3次后分散在水中,浓度为25mg/mL,液氮中冷冻0.5h,随后置于冷冻干燥室中干燥24h,制得3D的还原氧化石墨炔-MnO2气凝胶;
(2)称量硝酸锌、硫酸铁分散于100mL去离子水中,超声溶解,随后,以气凝胶作为工作电极,铂片电极作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,电沉积电压为-1V,电沉积时间为50min,在气凝胶内部电沉积铁酸锌,于60℃烘箱中120min烘干,将烘干的前驱体进行热处理,热处理温度为380℃。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种空气净化用复合材料,其制备方法包括如下步骤:
(1)将MnCl2·4H2O、KMnO4和氧化石墨炔加入到DMF中,50-100℃条件下反应60-100min,产物用水和去离子水洗涤3次后分散在去离子水中,浓度为20-50mg/mL,液氮中冷冻0.5-1h,随后置于冷冻干燥室中干燥12-24h,制得三维还原的氧化石墨炔-MnO2气凝胶;
(2)称量锌盐、铁盐分散于去离子水中,超声溶解,随后,以步骤(1)中制备的气凝胶作为工作电极,铂片电极作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,电沉积电压为-2-2V,电沉积时间为30-40min,在MnO2气凝胶内部电沉积铁酸锌,烘干,将烘干的前驱体进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种空气净化用复合材料,热处理温度为300-500℃,且热处理在惰性气氛下进行。
3.根据权利要求1所述的一种空气净化用复合材料,烘干工艺为于60-80℃烘箱中120-240min。
4.根据权利要求1所述的一种空气净化用复合材料,所述锌盐、铁盐为硝酸盐、硫酸盐。
5.根据权利要求1所述的一种空气净化用复合材料,热处理的时间为1-3h。
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