CN113814003A - 一种纳米材料空气净化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米材料空气净化剂，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下原料：纳米氧化锌10～30％、二氧化钛1～15％、含氮半导体材料1～10％、羟基磷灰石1～10％、水性溶剂30～80％；含氮半导体材料的分子式为A3N4，其中，A表示可形成四价正电离子的元素，N表示氮元素。羟基磷灰石羟基中的能够与甲醛发生相互作用，从而能够对TiO2和ZnO降解甲醛产生一定的催化效果，提高光触媒在可见光催化下的甲醛降解效率。此外，本发明所采用的含氮半导体材料具有稳定性高、机械性能好、带隙可调节等优点，将其与TiO2、ZnO复配使用，能够对这两者的带隙宽度以及起到有效的调节作用，从而本发明所提供的光触媒组合物在可见光激发下的响应活性。

Description

一种纳米材料空气净化剂
技术领域
本发明属于光触媒技术领域，具体地，涉及一种纳米材料空气净化剂。
背景技术
光触媒也叫光催化剂，能在光照射下产生强氧化性的物质(如羟基自由基、氧气等)，并且可用于分解有机化合物、部分无机化合物、细菌及病毒等。日常生活中，光触媒能有效地降解空气中有毒有害气体如甲醛等，高效净化空气；同时，能够有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。具有代表性的光触媒材料是二氧化钛，人们对其光催化性能已经进行了广泛的研究。氧化锌具有与二氧化钛类似的半导体特性，而且，与二氧化钛相比，氧化锌具有更高的光吸收效率，此外，氧化锌还具有生产成本低、无毒等优势，被认为是二氧化钛的理想替代材料以作为应用于光触媒产品中。TiO2和ZnO都属于宽禁带宽度的半导体材料，两者的禁带宽度都约为3.2e V，宽禁带使TiO2和ZnO具有良好的光催化活性，然而，也对其太阳光利用率产生了一定的限制，具体而言，在可见光激发下TiO2和ZnO的响应活性都不高，限制了光触媒在日常生活、工作环境中的推广应用。基于此，研制对可见光具有高响应活性的光触媒，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米材料空气净化剂，以提高光触媒对可见光的响应活性。
根据本发明的一个方面，提供一种纳米材料空气净化剂，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下原料：纳米氧化锌10～30％、二氧化钛1～15％、含氮半导体材料1～10％、羟基磷灰石1～10％、水性溶剂30～80％；含氮半导体材料的分子式为A3N4，其中，A表示可形成四价正电离子的元素，N表示氮元素。在本发明所提供的纳米材料空气净化剂中，羟基磷灰石羟基中的能够与甲醛发生相互作用，从而能够对TiO2和ZnO降解甲醛产生一定的催化效果，提高光触媒在可见光催化下的甲醛降解效率，另一方面，羟基磷灰石中的羟基也能够与水性溶剂形成氢键，均匀地分散在光触媒水溶液中，提高光触媒水溶性的均匀性和储存稳定性。此外，本发明所采用的含氮半导体材料具有稳定性高、机械性能好、带隙可调节等优点，将其与TiO2、ZnO复配使用，能够对这两者的带隙宽度以及起到有效的调节作用，从而本发明所提供的光触媒组合物在可见光激发下的响应活性。
优选地，含氮半导体材料的分子式中，A选自C、Ge中的至少一种。C3N4和Ge3N4的带隙宽度都比较窄，使其与TiO2、ZnO耦合，能够形成p-n结异质结构，从而缩小TiO2、ZnO的带隙宽度，拓宽TiO2、ZnO的光催化活性激发波长范围，还可以利用能级差、p-n结内建电场有效分离光生电子-空穴对，提高光触媒组合物的光催化活性。
优选地，在配制纳米材料空气净化剂时，采用微波法对含氮半导体材料和二氧化钛进行预处理，具体操作如下：将含氮半导体材料和二氧化钛混合，将由此得到的混合物置于微波反应器中，控制微波辐射功率为500～600W，进行微波辐射5～10分钟。
优选地，含氮半导体材料为Ge3N4。
通过对含氮半导体材料与二氧化钛进行上述的微波法预处理操作，使部分含氮半导体材料与部分二氧化钛形成固溶体，从而使含氮半导体材料中的氮元素掺杂至二氧化钛中，以形成TiO2xNy。由此：一方面，增加了TiO2的晶格缺陷，提高其光催化活性；另一方面，ZnO的光生电子转移到TiO2xNy导带(CB)上，而TiO2xNy的光生空穴则转移到了ZnO的价带(VB)，通过光生载流子在两复合半导体材料之间的迁移，抑制了光生电子-空穴对的复合，从而延长了光生载流子的寿命，提高了本发明的光触媒组合物的光催化活性。在涉及到上述微波法预处理的方案中，与C3N4相比，采用Ge3N4所得到的光触媒复合物所对应的光催化活性更高。
优选地，纳米氧化锌的平均粒径不超过50nm。粒径满足上述要求的纳米氧化锌的比表面积大于4m/g，具有极高的化学活性及优异的催化性和光催化活性，并具有抗红外线、紫外线辐射及杀菌功能，而且具有良好的流动性。
优选地，羟基磷灰石按照如下步骤制备：S1.按照原料钙磷比Ca/P＝1.67～2.0分别称取磷酸氢二铵和四水硝酸钙；S2.分别将磷酸氢二铵和四水硝酸钙溶于水形成磷酸氢二铵水溶液和硝酸钙水溶液；S3.向硝酸钙水溶液中加入氨水以将硝酸钙水溶液的pH值调节至10～11；S4.向硝酸钙溶于中加入磷酸氢二铵水溶液，将反应温度控制在25～80℃；S5.反应至溶液中出现白色絮状沉淀，然后向反应液中加入氨水以使反应液的pH值维持在10～11的范围内并继续反应0.5～4小时；S6.陈化12～48小时，制得羟基磷灰石。
采用上述方法制得的羟基磷灰石的羟基化程度比较高，从而使得本发明的光触媒组合物具备更高的甲醛降解效率，另一方面，由此制得的羟基磷灰石的粒径较小，具有更高的比表面积和孔体积，更有利于羟基磷灰石的吸附及传质，从而提高了其活性。
优选地，按质量百分比计算，原料还包括金属离子1～5％，金属离子包括铈离子、钕离子、铜离子、铝离子、银离子中的至少一种。金属离子的掺杂可以提高光催化活性材料的晶格缺陷，从而提高光触媒组合物的光催化活性。
优选地，金属离子包括铜离子和银离子。铜离子和银离子的掺杂不仅可以提高光触媒组合物的光催化活性，还能够提高光触媒组合物的杀菌效果。银离子可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基(-SH)，迅速与其结合在一起，使蛋白酶丧失活性，导致细菌死亡，当细菌被银离子杀后，银离子又由细菌尸体中游离出来，再与其它菌落接触，周而复始地进行上述过程，使光触媒组合物具有持久的杀菌活性。铜离子和细菌外膜之间的直接相互作用使细菌外膜破裂，之后铜离子作用于细菌外膜上的破洞，使细胞失去必要的营养物质和水分，最终萎缩；由于细胞的主要防护(外层膜)已被攻破，铜离子流可以势无阻挡地进入细胞内部，过量的铜离子使细胞内部一些重要的流程被破坏，阻碍细胞新陈代谢(比如生命必须的生化反应)，从而达到杀菌的作用效果。
优选地，按质量百分比计算，原料还包括树脂3～5％。树脂的应用增加了光触媒组合物的附着力，增长了光触媒组合物的有效作用时间，使其适用于雾剂的制作，由此制得的雾剂能够快速形成生化膜包住针对性的微生物。可以采用水溶性丙烯酸树脂作为上述内容中所涉及的树脂。
优选地，水性溶剂由乙醇和水复配而成。乙醇是一种很好的溶剂，既能溶解许多无机物，又能溶解许多有机物，而采用乙醇和水进行复配作为光触媒组合物的溶剂，光触媒组合物中的其他原料能够在其中形成均匀度、分散性良好的浆料，在将其制成雾剂喷洒时还体现出了良好的成膜特性。此外，乙醇作为消毒剂，可以用于杀灭葡萄球菌、链球菌、铜绿假单胞菌、结核杆菌和各种肠道杆菌等细菌，呼吸道与肠道病毒，以及皮肤癣菌、曲霉菌和酵母菌等真菌。
具体实施例方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中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的实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
1.参试光触媒复合物的制备
在本实施例采用三种不同的工艺制备羟基磷灰石。
工艺1：
S1.按照原料钙磷比Ca/P＝1.85分别称取磷酸氢二铵和四水硝酸钙；
S2.分别用50mL纯水将磷酸氢二铵和四水硝酸钙配成磷酸氢二铵水溶液和硝酸钙水溶液；
S3.向硝酸钙溶液中滴加过量的氨水，使其pH值维持在pH＝10～11，注意密封容器，以免氨水挥发；
S4.采用恒流泵将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到硝酸钙溶液中，同时快速搅拌，使充分反应，反应温度保持在35～40℃；
S5.用精密pH计在线检测反应液的pH值变化情况，反应中溶液出现白色絮状沉淀时，pH值下降，此时要不断加氨水调节pH值，使其保持在10～11之间，滴加完毕后继续反应2.5h；
S6.反应完毕，继续将温度维持在35～40℃范围内，陈化24h，再抽滤，洗涤，80℃下干燥，研磨，得到的产品标记为羟基磷灰石a，待用。
工艺2：
S1.按照原料钙磷比Ca/P＝1.85分别称取磷酸氢二铵和四水硝酸钙；
S2.分别用50mL纯水将磷酸氢二铵和四水硝酸钙配成磷酸氢二铵水溶液和硝酸钙水溶液；
S3.向硝酸钙溶液中滴加过量的氨水，使其pH值维持在pH＝9～12，注意密封容器，以免氨水挥发；
S4.采用恒流泵将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到硝酸钙溶液中，同时快速搅拌，使充分反应，反应温度保持在35～40℃；
S5.用精密pH计在线检测反应液的pH值变化情况，反应中溶液出现白色絮状沉淀时，pH值下降，此时要不断加氨水调节pH值，使其保持在9～12之间，滴加完毕后继续反应2.5h；
S6.反应完毕，继续将温度维持在35～40℃范围内，陈化24h，再抽滤，洗涤，80℃下干燥，研磨，得到的产品标记为羟基磷灰石b，待用。
工艺3：
S1.按照原料钙磷比Ca/P＝1.85分别称取磷酸氢二铵和四水硝酸钙；
S2.分别用50mL纯水将磷酸氢二铵和四水硝酸钙配成磷酸氢二铵水溶液和硝酸钙水溶液；
S3.向硝酸钙溶液中滴加过量的氨水，使其pH值维持在pH＝10～11，注意密封容器，以免氨水挥发；
S4.采用恒流泵将磷酸氢二铵溶液缓慢滴加到硝酸钙溶液中，同时快速搅拌，使充分反应，反应温度保持在35～40℃；
S5.滴加完毕后继续反应2.5h；
S6.反应完毕，继续将温度维持在35～40℃范围内，陈化24h，再抽滤，洗涤，80℃下干燥，研磨，得到的产品标记为羟基磷灰石c，待用。
本实施例所采用的以下原料均为市售产品：
纳米氧化锌(CAS号：1314-13-2，粒径30±10nm)、纳米二氧化钛(CAS号:13463-67-7，粒径＜100nm)、无水乙醇、去离子水、水溶性丙烯酸树脂。
本实施例设置3组试验组和1组对照组，以用于配制光触媒组合物中的羟基磷灰石作为变量，开展实验。上述的试验组和对照组所采用的配方如表1所示，在表1中所列举的水性溶剂为由无水乙醇和去离子水按照1:1的质量比配制而成。上述的3组试验组的组别编号及其所采用的羟基磷灰石的对应情况如下：试验A组，采用本实施例制备的羟基磷灰石a；试验B组，采用本实施例制备的羟基磷灰石b；试验C组，采用本实施例制备的羟基磷灰石c。在对照组所采用的用于配制光触媒组合物的配方中，不含有羟基磷灰石。
表1本实施例所设置的试验组和对照组所采用的配方组成(质量百分比％)
Figure BDA0003287981880000061
试验组按照表1所展示的配方进行备料，并按照如下步骤完成参试光触媒组合物的配制：
S1.将去离子水和纳米TiO2混合搅拌30分钟；
S2.向S1制得的浆料中加入无水乙醇，混合搅拌30分钟；
S3.向S2制得的浆料中加入水溶性丙烯酸树脂，真空均质搅拌60分钟；
S4.向S3制得的浆料中加入纳米ZnO，真空均质搅拌60分钟；
S5.向S4制得的浆料中加入各试验组所对应的羟基磷灰石，真空均质搅拌60分钟，制得成品。
如表1所示，对照组所采用的配方不含羟基磷灰石，对照组按照表1所展示的配方进行配料，并按照如下步骤完成参试光触媒组合物的配制：
S1.将去离子水和纳米TiO2混合搅拌30分钟；
S2.向S1制得的浆料中加入无水乙醇，混合搅拌30分钟；
S3.向S2制得的浆料中加入水溶性丙烯酸树脂，真空均质搅拌60分钟；
S4.向S3制得的浆料中加入纳米ZnO，真空均质搅拌120分钟，制得成品。
2.性能测试实验
(1)净化甲醛的性能测试：
样品组：分别将本实施例试验A组、试验B组、试验C组和对照组所制得的参试光触媒组合物在1m3金属箱内的0.2m×0.2m漆板上进行喷涂，金属箱内含有循环风扇1台，每张漆板的喷涂量均为5mL，分别注入甲醛溶液，使金属箱体内甲醛浓度为3mg/mL，记录金属箱体内甲醛初始浓度。采用太阳光照射，在光照0.75小时、2小时分别用甲醛分析仪测定金属箱体内的甲醛浓度。
空白组：在金属箱内放置0.2m×0.2m的漆板，注入甲醛溶液，使金属箱体内甲醛浓度为3mg/mL，记录金属箱体内甲醛初始浓度，0.75小时、2小时分别记录箱体内的甲醛浓度。
甲醛降解率的计算：污染物去除率＝(空白对照组甲醛浓度值-样品组甲醛浓度值)÷空白对照组甲醛浓度值×100％。
(2)抗菌性能测试：
参照GBT 30706-2014标准对本实施例试验A组、试验B组、试验C组和对照组所制得的参试光触媒组合物进行杀菌率测试。以大肠杆菌、金色葡萄球菌、青霉菌、红色毛癣菌作为测试菌，光源使用可见光照射2小时后进行测试。
3.性能测试结果
(1)有机污染物的净化性能
本实施例的参试光触媒组合物的有机污染物净化性能测试结果如表2所示。没有采用羟基磷灰石的对照组所制得的光触媒组合物在可见光的照射下所表现出来的光催化活性并不高，随着光照时间的延长，其对甲醛的降解率一直保持较低的水平。与对照组相比，采用了羟基磷灰石参与光触媒组合物配制的试验A组、试验B组和试验C组对应的甲醛去除率明显更高，由此说明，配方中的羟基磷灰石有效地提高了光触媒组合物对可见光激发的响应活性。本实施例通过采用不同的工艺制备了三种不同的羟基磷灰石并将其分别应用于三组试验组中，进一步地，通过对比本实施例所设置的三组试验组，试验A组所对应的甲醛去除率最高。由此说明，羟基磷灰石的制作工艺对羟基磷灰石的催化效果起着重要的影响，具体而言，在制备羟基磷灰石的过程中，需要对反应过程的pH值范围进行精确的控制。试验A组所采用的羟基磷灰石在制备的过程中，使反应体系的pH值严格地控制在10～11的范围内，由此制得的羟基磷灰石具有最高的催化活性。而试验B组所采用的羟基磷灰石在制备的过程中，反应体系的pH值在9～12的范围内波动，pH波动范围较大，从而使得所制得的羟基磷灰石的催化性能有所劣化。而试验C组所采用的羟基磷灰石在反应过程中缺少了对pH值的持续监控，在反应的后期，反应体系的pH会出现明显下降的情况，从而，对产品性能产生明显的不利影响。
表2甲醛去除率统计
Figure BDA0003287981880000081
(2)抗菌性能
本实施例的参试光触媒组合物的抗菌性能测试结果如表3所示。羟基磷灰石的制备工艺还会对羟基磷灰石的形貌产生一定的影响，与其余两组试验组所采用的羟基磷灰石相比，试验A组所采用的羟基磷灰石的粒径更小，具有更高的比表面积和孔体积，有利于羟基磷灰石的吸附及传质，体现为试验A组所对应的杀菌率达到各试验组中的最高值。
表3杀菌率统计
Figure BDA0003287981880000082
实施例2
1.参试光触媒复合物的制备
本实施例所采用羟基磷灰石为实施例1所制得的羟基磷灰石a，除此以外，所涉及的其他原料均为市售产品，具体而言包括：纳米氧化锌(CAS号：1314-13-2，粒径30±10nm)、纳米二氧化钛(CAS号:13463-67-7，粒径＜100nm)、C3N4(CAS号:7440-44-0)、Si3N4(CAS号：12033-89-5)、Ge3N4(CAS号:12065-36-0)、无水乙醇、去离子水。
本实施例设置6组试验组和1组对照组，制备光触媒组合物，其中6组试验组分别标记为试验1组、试验2组、试验3组、试验4组、试验5组、试验6组。本实施例涉及的光触媒组合物配方如表4所示，其中：试验1组和试验2组采用表4中的配方Ⅰ，并采用C3N4作为配方中的含氮半导体材料；试验3组和试验4组采用表4中的配方Ⅱ，并采用Si3N4作为配方中的含氮半导体材料；试验5组和试验6组采用表4中的配方Ⅲ，并采用Ge3N4作为配方中的含氮半导体材料；通过换算，在本实施例所提供的配方中所涉及的三种含氮半导体材料在配方中的物质的量相同；对照组采用表4中的配方Ⅳ，其中并不含有含氮半导体材料。
表4本实施例用于制作光触媒组合物的参试配方
Figure BDA0003287981880000091
各试验组和对照组分别按照表4所提供的相应配方称取所需原料，然后分别采用不同的工艺完成参试光触媒组合物的制作。
试验1组、试验3组和试验5组所采用的工艺步骤如下：
S1.将去离子水和含氮半导体材料、纳米TiO2混合搅拌30分钟；
S2.向S1制得的浆料中加入无水乙醇，混合搅拌30分钟；
S3.向S2制得的浆料中加入水溶性丙烯酸树脂，真空均质搅拌60分钟；
S4.向S3制得的浆料中加入纳米ZnO，真空均质搅拌60分钟；
S5.向S4制得的浆料中加入各试验组所对应的羟基磷灰石，真空均质搅拌60分钟，制得成品。
试验2组、试验4组和试验6组所采用的工艺步骤如下：
S1.将含氮半导体材料与纳米TiO2混合，置于微波炉中，控制微波辐射功率为500W，进行微波辐射8分钟；
S2.将去离子水和S1得到的产物混合搅拌30分钟；
S3.向S2制得的浆料中加入无水乙醇，混合搅拌30分钟；
S4.向S3制得的浆料中加入水溶性丙烯酸树脂，真空均质搅拌60分钟；
S5.向S4制得的浆料中加入纳米ZnO，真空均质搅拌60分钟；
S6.向S5制得的浆料中加入各试验组所对应的羟基磷灰石，真空均质搅拌60分钟，制得成品。
对照组所采用的工艺步骤如下：
S1.将去离子水和纳米TiO2混合搅拌30分钟；
S2.向S1制得的浆料中加入无水乙醇，混合搅拌30分钟；
S3.向S2制得的浆料中加入水溶性丙烯酸树脂，真空均质搅拌60分钟；
S4.向S3制得的浆料中加入纳米ZnO，真空均质搅拌60分钟；
S5.向S4制得的浆料中加入各试验组所对应的羟基磷灰石，真空均质搅拌60分钟，制得成品。
2.净化有机污染物的性能测试：
样品组：分别将本实施例试验1～6组和对照组所制得的参试光触媒组合物在1m3金属箱内的0.2m×0.2m漆板上进行喷涂，金属箱内含有循环风扇1台，每张漆板的喷涂量均为5mL，分别注入甲醛溶液，使金属箱体内甲醛浓度为3mg/mL，记录金属箱体内甲醛初始浓度。
空白组：在金属箱内放置0.2m×0.2m的漆板，注入甲醛溶液，使金属箱体内甲醛浓度为3mg/mL，记录金属箱体内甲醛初始浓度。
光照条件：(1)可见光照射组，进行太阳光照射；(2)紫外光照射组，采用365nm的紫外光光源进行照射。在光照2小时分别记录各金属箱内的甲醛浓度。
将甲醛更换为硫化氢、二甲胺、二甲硫醚采用相同方法重复测试。
甲醛等有机污染物降解率的计算：污染物去除率＝(空白对照组污染物浓度值-样品组污染物浓度值)÷空白对照组污染物浓度值×100％。
3.有机污染物的净化性能
本实施例的参试光触媒组合物的有机污染物净化性能测试结果如表5所示。在紫外光光照的条件下，各试验组以及对照组都呈现出优良的光催化活性，由于纳米ZnO和纳米TiO2本身都具有宽的禁带宽度，在紫外光的激发下，能够呈现出优良的光催化活性。然而，在可见光光照的条件下，对照组的有机污染物去除率出现了明显的下降。与对照组相比，本实施例所设置的6组试验组在可见光照射下的有机污染物去除率显然更高，由此说明，含氮半导体材料的应用有利于提高光触媒组合物在可见光激发下的光催化活性。通过对比试验1、3、5组，以C4N3、Ge3N4作为配方中的含氮半导体材料的组别(处理1、5组)所呈现的有机污染物去除率更高，C4N3、Ge3N4都属于窄带隙的半导体材料，采用其参与光触媒组合物的配制，能够有效地拓宽光触媒组合物对可见光的波长相应范围。进一步地，观察试验2、4、6组的有机污染物降解率统计数据，可以发现，当采用C4N3或Ge3N4作为含氮半导体材料的情况下，在制备光触媒组合物的过程中，与简单混合相比，引入利用微波法对含氮半导体材料与纳米TiO2进行预处理的步骤，能够提高光触媒组合物对可见光的响应活性。值得注意的是，在简单混合的情况下，采用C4N3作为配方中的含氮半导体材料所制得的光触媒组合物的可见光响应活性更高，然而，在采用了微波法预处理的情况下，采用Ge4N3作为配方中的含氮半导体材料所制得的光触媒组合物的可见光响应活性反而更高。
表5有机污染物去除率统计
Figure BDA0003287981880000111
实施例3
1.参试光触媒复合物的制备
本实施例所采用羟基磷灰石为实施例1所制得的羟基磷灰石a，除此以外，所涉及的其他原料均为市售产品，具体而言包括：纳米氧化锌(CAS号：1314-13-2，粒径30±10nm)、纳米二氧化钛(CAS号:13463-67-7，粒径＜100nm)、C3N4(CAS号:7440-44-0)、Si3N4(CAS号：12033-89-5)、Ge3N4(CAS号:12065-36-0)、三水合硝酸铜(CAS号:10031-43-3)、硝酸银(CAS号:7761-88-8)、无水乙醇、去离子水。本实施例所采用光触媒组合物配方如表6所示，其中，配方中的硝酸银用于提供占配方质量百分比为2％的银离子，配方中的硝酸铜用于提供占配方质量百分比为1％的铜离子。
表6本实施例所采用的光触媒组合物配方
Figure BDA0003287981880000121
按照表6备料，并按照如下工艺步骤完成光触媒组合物的制备：
S1.将含氮半导体材料与纳米TiO2混合，置于微波炉中，控制微波辐射功率为500W，进行微波辐射8分钟；
S2.将去离子水和S1得到的产物混合搅拌30分钟；
S3.向S2制得的浆料中加入无水乙醇，混合搅拌30分钟；
S4.向S3制得的浆料中加入银离子和铜离子，真空均质搅拌30分钟；
S5.向S4制得的浆料中加入水溶性丙烯酸树脂，真空均质搅拌30分钟；
S6.向S5制得的浆料中加入纳米ZnO，真空均质搅拌60分钟；
S7.向S6制得的浆料中加入各试验组所对应的羟基磷灰石，真空均质搅拌60分钟，制得成品。
2.性能测试实验
(1)净化有机污染物的性能测试：
样品组：将本实施例所制得的参试光触媒组合物在1m3金属箱内的0.2m×0.2m漆板上进行喷涂，金属箱内含有循环风扇1台，每张漆板的喷涂量均为5mL，分别注入甲醛溶液，使金属箱体内甲醛浓度为3mg/mL，记录金属箱体内甲醛初始浓度。采用太阳光照射，在光照2小时用甲醛分析仪测定金属箱体内的甲醛浓度。
空白组：在金属箱内放置0.2m×0.2m的漆板，注入甲醛溶液，使金属箱体内甲醛浓度为3mg/mL，记录金属箱体内甲醛初始浓度，2小时分别记录箱体内的甲醛浓度。
将甲醛更换为硫化氢、二甲胺、二甲硫醚采用相同方法重复测试。
甲醛等有机污染物降解率的计算：污染物去除率＝(空白对照组污染物浓度值-样品组污染物浓度值)÷空白对照组污染物浓度值×100％。
(2)抗菌性能测试
参照GBT 30706-2014标准对本实施例所制得的参试光触媒组合物进行杀菌率测试。以大肠杆菌、金色葡萄球菌、青霉菌、红色毛癣菌作为测试菌，光源使用可见光照射。
3.净化性能
本实施例的参试光触媒组合物的净化性能测试结果如表7和表8所示，本实施例所提供的光触媒组合物中所包括的羟基磷灰石、Ge3N4、银离子和铜离子都有利于提高光触媒组合物对可见光激发的响应活性。在可见光的激发下，能够对多种有机污染物发挥显著的降解效果，也能够对多种有害菌起到有效的抑制作用。
表7有机污染物去除率统计
有机污染物 甲醛 硫化氢 二甲胺 二甲硫醚
去除率(％) 98.7 93.1 95.2 99.4
表8杀菌率统计
Figure BDA0003287981880000131
Figure BDA0003287981880000141
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种纳米材料空气净化剂，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下原料：纳米氧化锌10～30％、二氧化钛1～15％、含氮半导体材料1～10％、羟基磷灰石1～10％、水性溶剂30～80％；所述含氮半导体材料的分子式为A3N4，其中，A表示可形成四价正电离子的元素，N表示氮元素。
2.如权利要求1所述纳米材料空气净化剂，其特征在于：所述含氮半导体材料的分子式中，A选自C、Ge中的至少一种。
3.如权利要求1所述纳米材料空气净化剂，其特征在于，在配制所述纳米材料空气净化剂时，采用微波法对所述含氮半导体材料和所述二氧化钛进行预处理，具体操作如下：将所述含氮半导体材料和所述二氧化钛混合，将由此得到的混合物置于微波反应器中，控制微波辐射功率为500～600W，进行微波辐射5～10分钟。
4.如权利要求3所述纳米材料空气净化剂，其特征在于：所述含氮半导体材料为Ge3N4。
5.如权利要求1所述纳米材料空气净化剂，其特征在于：所述纳米氧化锌的平均粒径不超过50nm。
6.如权利要求1所述纳米材料空气净化剂，其特征在于，所述羟基磷灰石按照如下步骤制备：
S1.按照原料钙磷比Ca/P＝1.67～2.0分别称取磷酸氢二铵和四水硝酸钙；
S2.分别将所述磷酸氢二铵和所述四水硝酸钙溶于水形成磷酸氢二铵水溶液和硝酸钙水溶液；
S3.向所述硝酸钙水溶液中加入氨水以将所述硝酸钙水溶液的pH值调节至10～11；
S4.向所述硝酸钙溶于中加入所述磷酸氢二铵水溶液，将反应温度控制在25～80℃；
S5.反应至溶液中出现白色絮状沉淀，然后向反应液中加入氨水以使所述反应液的pH值维持在10～11的范围内并继续反应0.5～4小时；
S6.陈化12～48小时，制得所述羟基磷灰石。
7.如权利要求1所述纳米材料空气净化剂，其特征在于：按质量百分比计算，所述原料还包括金属离子1～5％，所述金属离子包括铈离子、钕离子、铜离子、铝离子、银离子中的至少一种。
8.如权利要求7所述纳米材料空气净化剂，其特征在于：所述金属离子包括铜离子和银离子。
9.如权利要求1所述纳米材料空气净化剂，其特征在于：按质量百分比计算，所述原料还包括树脂3～5％。
10.如权利要求1所述纳米材料空气净化剂，其特征在于：所述水性溶剂由乙醇和水复配而成。
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