CN114307636B - 一种纳米光触媒空气除味剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米光触媒空气除味剂及制备方法。该纳米光触媒空气除味剂的纳米光催化剂通过在碳胶球上负载二氧化锡，然后以碳胶球/二氧化锡和氧化石墨烯为载体，负载制备二氧化钛与二氧化铈，与g‑C₃N₄混合并在H₂S气氛下硫化，得到纳米光催化剂。与现有技术相比，本发明通过纳米光催化剂制备的纳米光触媒空气除味剂具有可见光催化降解活性高，可有效降解乙醛、氨气等有害物质的优点。

Description

一种纳米光触媒空气除味剂及制备方法

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种纳米光触媒空气除味剂及制备方法。

背景技术

空气净化方面是光催化剂在环境治理上的最重要的部分，其主要分为室内和室外空气清洁净化。尤其是在室内空气治理方面已取得相当进展，目前室内主要的污染物质是来自建筑装饰材料释放出来的甲醛、甲苯等有机物质，或者人体呼吸道传染病感染的病毒等。目前治理甲醛的方法主要有光催化法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物处理法等。光催化法是利用光触媒在光照条件下具有氧化还原能力，将有机物分解为一氧化碳和水，从而改善室内空气质量，其可以简单理解为光合作用的逆过程。光催化剂也叫光触媒，它被涂抹在基材表面或者依附于载体之上，在紫外光及可见光作用下，产生强烈的氧化降解能力，能有效降解有毒有害气体，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。光催化反应的核心是光催化剂，因为光催化剂的晶相、粒径、比表而积等因素都对光催化氧化反应有着决定性影响。目前的光催化技术仍然存在较大的局限性，普通的光催化剂由于粒径大、比表而积小，不能充分利用太阳光，并且与大多数载体在一起时表现出较强的不兼容性，非常容易发生凝聚现象，甚至分解自身载体，造成了光催化反应的不可持续性和效率偏低，大部分只能利用紫外光这种短波长光，对太阳光的利用率不到3％，在正常环境条件下难以持续作用。

为方便快捷的去除室内空气污染物，人们对光触媒空气除味剂的研究一直在努力。公开号为CN106362584A的发明专利公开了一种纳米光触媒空气除味剂及其制备方法，该纳米光触媒空气除味剂通过以下重量份物料组成：2～8％的纳米二氧化钛、1～5％的活性剂、2～6％的纳米银粉、2～5％的负离子粉、1～5％的分散剂、1～5％的渗透剂、0.5～3％的吸波因子(吸波剂)、70～85％的去离子水。制备的纳米光触媒空气除味剂，可在可见光或自然光线条件下，主动捕捉有机污染物，直接分解甲醛等有害气体，将其转化为二氧化碳和水。纳米二氧化钛紫外光催化效率高，但对太阳能光的吸收率低，虽然加入了吸波剂，但在可见光下对空气中的有机物去除效果仍然不佳。

公开号为CN109569288A的发明专利公开了一种光触媒除味剂及其制备方法，利用以下重量份物料制备：5～10份纳米二氧化钛、1～3份负离子粉、1～2份磷酸铟、1～5份渗透剂、1～5份分散剂、5～10份碳酸氢钠、70～90份去离子水、3～5份芦荟胶、10～15份茶多酚，得到的光触媒除味剂在夜间或无光条件下，可利用无光出煤磷酸铟进行吸附降解，能够降低对光照条件的要求，但是得到的光触媒除味剂存在对太阳光能的吸收利用率不加佳的问题。

公开号为CN107899591A的发明专利公开了一种光触媒杀菌空气清洁剂及其制备方法，该光触媒杀菌空气清洁剂包括SnS₂纳米片和TiO₂纳米颗粒，TiO₂纳米颗粒复合在SnS₂纳米片的表面，TiO₂纳米颗粒在SnS₂纳米片的表面呈点状密集分布，得到的光触媒杀菌空气清洁剂形貌良好，操作简单，产量高，制备成本低。SnS₂改善了TiO₂对太阳光利用率低的问题，但是TiO₂纳米颗粒与SnS₂纳米片的结合力并不牢固，虽呈点状分布，但分布并不均匀，会直接影响光触媒杀菌空气清洁剂的效果。

发明内容

有鉴于现有技术中存在二氧化钛对太阳光吸收利用率不佳，光触媒清除剂效果不显著的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种在可高效利用太阳光能，对有机物气体具有高催化降解活性的光触媒空气清除剂。

为实现上述目的，本发明提供了一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，包括以下步骤，所述份数均为重量份：

步骤1、将0.3～0.6份植物胶溶于50～80份水中，加入5～15份纳米光催化剂、2～6份陶粒砂、3～10份植物提取液、1～3份胶黏助剂，以500～800转/分钟搅拌30～60分钟，得到涂覆分散混合物；

步骤2、将活性碳纤维浸没入步骤1制备的涂覆分散混合物中，以200～400转/分钟搅拌10～30分钟，在45～80℃温度下干燥5～8小时，得到纳米光触媒空气除味剂。

优选的，所述步骤1植物胶为瓜尔胶、香豆胶、田菁胶中的一种。

优选的，步骤1所述纳米光催化剂制备方法如下：

S1、将蔗糖溶于水中，加入SnCl₄·5H₂O，搅拌混合均匀，调节混液pH至11～13，继续搅拌10～30分钟，转移至反应釜中水热反应，自然冷却，离心收集固体，洗涤、干燥，得到碳胶球/二氧化锡；

S2、将钛酸四丁酯和碳胶球/二氧化锡加入到无水乙醇中，超声分散后搅拌混合均匀，得到分散溶液；将钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，搅拌混合均匀，得到溶液A；然后将无水乙醇、水、乙酸、六水硝酸铈、氧化石墨烯混合，超声分散后搅拌混合均匀，得到溶液B；将溶液B滴加至溶液A中，搅拌4～8小时，转移至反应釜中水热反应，冷却后离心收集固体，洗涤、干燥，650～700℃煅烧2～4小时，得到纳米光催化剂A；

S3、将g-C₃N₄与纳米光催化剂A混合，研磨后通入H₂S气体，在H₂S气氛下硫化10～16h，冷却至室温，得到纳米光催化剂。

进一步优选的，步骤1所述纳米光催化剂制备方法如下，所述份数均为重量份：

S1、将20～40份蔗糖溶于140～180份水中，加入2.4～7.4份SnCl₄·5H₂O，以300～600转/分钟搅拌10～20分钟，得到混合溶液；加入浓度为0.5～1.2mol/L氢氧化钠水溶液调节混合溶液pH为11～13，继续以300～600转/分钟搅拌10～30分钟，在反应釜中140～200℃水热反应6～10小时，自然冷却至20～30℃，5000～10000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗2～4次，在60～90℃干燥3～6小时，得到碳胶球/二氧化锡；

S2、将4.5～10.5份钛酸四丁酯和1.8～4.2份步骤S1制备的碳胶球/二氧化锡放入20～40份无水乙醇中，超声分散10～20分钟，以400～600转/分钟搅拌45～90分钟，得到分散溶液；将10～20份浓度为40～60mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以400～600转/分钟搅拌45～90分钟，得到溶液A；然后将5～15份无水乙醇、2～8份水、10～20份乙酸、0.2～0.5份六水硝酸铈、0.03～0.08份氧化石墨烯混合，超声2～5分钟，以400～600转/分钟搅拌45～90分钟，得到溶液B；将溶液B滴加至溶液A中，以400～600转/分钟搅拌4～8小时，在反应釜中110～150℃反应20～28小时，冷却至20～30℃，5000～10000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗2～4次，60～90℃真空干燥6～10小时，650～700℃煅烧2～4小时，煅烧升温速率为3～6℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S3、将g-C₃N₄与步骤S2制备的纳米光催化剂A以质量比为1：(3～7)混合，以200～400转/分钟研磨10～30分钟，以15～25mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛下175～185℃硫化10～16小时后，以10℃/分钟的速率降温，降至20～30℃，得到纳米光催化剂。

优选的，步骤S2中超声参数为：超声参数为：2800～3200W、18000～22000赫兹。

优选的，步骤1所述陶粒砂粒径为30～70目。

优选的，步骤1所述植物提取液为栀子花精油和金银花提取液以重量份比为1：(3～10)混合的混合物。

优选的，步骤1所述胶黏助剂为聚乙二醇与硅溶胶以重量份比为1:(2～4)混合的混合物。

优选的，步骤2所述活性碳纤维为活性炭纤维板、活性碳纤维球中的一种，两者尺寸分别为(10～30)cm×(10～30)cm，直径为10～15cm。

纳米光触媒空气除味剂利用除味剂中的纳米光催化剂，在太阳光能照射下发生催化降解空气中的有毒有害物质，以达到除味的效果。本发明以异质结空心纳米光催化剂作为除味剂主要作用成分，加入陶粒和植物提取液，通过植物胶和胶黏剂将纳米光催化剂涂覆在活性碳纤维上，干燥得到纳米光触媒空气除味剂。陶粒砂吸附部分异质结空心纳米光催化剂，在活性碳纤维上分散异质结空心纳米光催化剂，同时为气体流通提供更多空间；涂覆分散混合物利用植物胶作为主要基体，由于植物胶在使用中会出现发霉状况，加入植物提取液可抑制植物胶发霉，植物提取液中具有植物芳香物质，使涂覆后的纳米光触媒空气除味剂具有植物芳香；聚乙二醇和硅溶胶的混合物作为涂覆分散混合物的胶黏助剂，其胶黏效果显著大于单一的聚乙二醇和硅溶胶，提高纳米光催化剂在活性碳纤维上的粘结效果。

纳米光催化剂作为纳米光触媒空气除味剂中的光触媒材料，通过水解蔗糖、SnCl₄·5H₂O生成单糖和氢氧化锡，经水热反应制备碳胶球/二氧化锡，加入钛源、氧化石墨烯、六水硝酸铈超声后进行水热反应，合成二氧化钛、二氧化铈，得到纳米光催化剂A；最后将纳米光催化剂A与g-C₃N₄混合，在H₂S气氛下175～185℃硫化后以10℃/min降温，得到纳米光催化剂。氧化石墨烯超声分散后，在水热反应中与碳胶球/二氧化锡结合作为反应载体，表面带有羟基基团的碳胶球吸附阳离子钛离子和铈离子，使在载体上原位生成均匀分布的纳米二氧化钛、纳米二氧化铈，得到纳米光催化剂A，氧化石墨烯促进材料表面羟基自由基生成，碳胶球煅烧形成的空心结构提高了光的集中吸收，有助于进行光催化反应；纳米二氧化钛、二氧化铈为光催化材料，纳米二氧化钛在紫外光照下的催化降解有害气体性能优异，但在太阳光照下对可见光的吸收利用则不佳，二氧化铈虽具有一定太阳光催化降解性能，但降解效率低，二氧化锡在可见光照下具有较好的光催化性能，由此改善了光触媒材料对太阳光能的利用情况。纳米光催化剂A与g-C₃N₄混合后经硫化氢高温硫化，二氧化锡和二氧化铈生成二硫化锡和二硫化铈，氧化石墨烯与g-C₃N₄因π-π键堆叠，提高了材料的光利用率和光氧化能力，同时g-C₃N₄与二氧化钛、硫化锡、硫化铈生成异质结，使材料受光照后产生的电子空穴对可以快速有效的分离，空穴转移到材料表面与材料表面的羟基基团发生反应生成羟基自由基，氧化分解有机物，提高光催化活性。二氧化锡和二氧化铈硫化后，二硫化铈、二硫化锡、二氧化钛在不同界面上产生电荷转移协同作用，导致光催化表面产生大量的电子和空穴，提高催化活性。

基于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明的纳米光触媒空气除味剂，其优点在于：1)利用碳胶球负载二硫化锡、二硫化铈和二氧化钛，改善二氧化钛对可见光利用不佳的问题，增大可见光利用率，在可见光照下具有优异的光催化活性，提高对空气有机污染物的降解效率。2)氧化石墨烯和g-C₃N₄堆叠，增加材料的光催化活性，同时g-C₃N₄与二硫化锡、二硫化铈、二氧化钛形成异质结，使电子空穴对快速分离，产生羟基自由基，提高材料光催化降解性能。

具体实施方式

各实施例、对照例中使用原料来源如下：

瓜尔胶：山东长霄生物工程有限公司，CAS号：9000-30-3，主要有效成分：瓜尔豆胶，有效物质含量：99％，货号：101。

陶粒砂：郑州久秦耐火材料有限公司，密度：1.65g/cm³，货号：025，粒径：30～70目，孔隙率30～50％，吸附率：80～90％。

栀子花精油：江西万花香料有限公司。

金银花提取液：湖州珍露生物制品有限公司。

硅溶胶：广东惠和硅制品有限公司，型号：S-1430，25℃粘度≤6.5Pa·s，二氧化硅含量：29～31％。

活性碳纤维板：江苏森森炭业科技有限公司，目数：200目。

SnCl₄·5H₂O：上海迈瑞尔化学技术有限公司，CAS号：1026-06-9。

钛酸四丁酯：无锡市亚泰联合化工有限公司，CAS号：5593-70-4。

六水硝酸铈：山东德盛新材料有限公司，CAS号：10294-41-4。

氧化石墨烯：杭州智钛净化科技源头厂家，平均厚度：1～3nm，层数：2～5层，碳含量：99wt％，比表面积：20～50m²/g。

g-C₃N₄：广东翁江化学试剂有限公司，CAS号：143334-20-7，纯度：99％。

实施例1

一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将0.4g瓜尔胶溶于65g水中，加入10g纳米光催化剂、4g陶粒砂、6g栀子花精油和金银花提取液以重量比为1:5混合的植物提取液、2g聚乙二醇与硅溶胶以重量比为1:3混合的胶黏助剂，以650转/分钟搅拌45分钟，得到涂覆分散混合物；

步骤2、将尺寸为20cm×20cm的活性碳纤维板浸没入步骤1制备的涂覆分散混合物中，以300转/分钟搅拌20分钟，在60℃温度下干燥6.5小时，得到纳米光触媒空气除味剂。

步骤1所述纳米光催化剂制备方法如下：

S1、将30g蔗糖溶于160g水中，加入4.2g SnCl₄·5H₂O，以400转/分钟搅拌15分钟，得到混合溶液；加入浓度为1mol/L氢氧化钠水溶液调节混合溶液pH为12，继续以500转/分钟搅拌20分钟，在反应釜中180℃水热反应8小时，自然冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次，在80℃干燥5小时，得到碳胶球/二氧化锡；

S2、将7.5g钛酸四丁酯和3g步骤S1制备的碳胶球/二氧化锡放入30g无水乙醇中，超声分散15分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到分散溶液；将15g浓度为50mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液A；然后将10g无水乙醇、6g水、15g乙酸、0.36g六水硝酸铈、0.05g氧化石墨烯混合，超声3分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液B；将溶液B以3滴/秒的速度加入到溶液A中，以500转/分钟搅拌6小时，在反应釜中135℃反应24小时，冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次，85℃真空干燥8小时，680℃煅烧3小时，煅烧升温速率为5℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S3、将1g g-C₃N₄与4g步骤S2制备的纳米光催化剂A混合，以300转/分钟研磨20分钟，以20mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛下180℃硫化14小时后，以10℃/分钟的速率降温，降至25℃，得到纳米光催化剂。

实施例2

一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述步骤1中纳米光催化剂制备方法不一致。

所述步骤1纳米光催化剂制备方法如下：

S1、在160g水中加入4.2g SnCl₄·5H₂O，以400转/分钟搅拌15分钟，得到混合溶液；加入浓度为1mol/L氢氧化钠水溶液调节混合溶液pH为12，继续以500转/分钟搅拌20分钟，在反应釜中180℃水热反应8小时，自然冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次，在80℃干燥5小时，得到二氧化锡；

S2、将7.5g钛酸四丁酯和3g步骤S1制备的二氧化锡放入30g无水乙醇中，超声分散15分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到分散溶液；将15g浓度为50mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液A；然后将10g无水乙醇、6g水、15g乙酸、0.36g六水硝酸铈、0.05g氧化石墨烯混合，超声3分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液B；将溶液B以3滴/秒的速度加入到溶液A中，以500转/分钟搅拌6小时，在反应釜中135℃反应24小时，冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次，85℃真空干燥8小时，680℃煅烧3小时，煅烧升温速率为5℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S3、将1g g-C₃N₄与4g步骤S2制备的纳米光催化剂A混合，以300转/分钟研磨20分钟，以20mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛下180℃硫化14小时后，以10℃/分钟的速率降温，降至25℃，得到纳米光催化剂。

实施例3

一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述步骤1中纳米光催化剂制备方法不一致。

所述步骤1纳米光催化剂制备方法如下：

S1、将30g蔗糖溶于160g水中，以400转/分钟搅拌15分钟，得到混合溶液；加入浓度为1mol/L氢氧化钠水溶液调节混合溶液pH为12，继续以500转/分钟搅拌20分钟，在反应釜中180℃水热反应8小时，自然冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次，在80℃干燥5小时，得到碳胶球；

S2、将7.5g钛酸四丁酯和3g步骤S1制备的碳胶球放入30g无水乙醇中，超声分散15分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到分散溶液；将15g浓度为50mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液A；然后将10g无水乙醇、6g水、15g乙酸、0.36g六水硝酸铈、0.05g氧化石墨烯混合，超声3分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液B；将溶液B以3滴/秒的速度加入到溶液A中，以500转/分钟搅拌6小时，在反应釜中135℃反应24小时，冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次85℃真空干燥8小时，680℃煅烧3小时，煅烧升温速率为5℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S3、将1g g-C₃N₄与4g步骤S2制备的纳米光催化剂A混合，以300转/分钟研磨20分钟，以20mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛下180℃硫化14小时后，以10℃/分钟的速率降温，降至25℃，得到纳米光催化剂。

实施例4

一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述步骤1中纳米光催化剂制备方法不一致。

所述步骤1纳米光催化剂制备方法如下：

S1、将30g蔗糖溶于160g水中，加入4.2g SnCl₄·5H₂O，以400转/分钟搅拌15分钟，得到混合溶液；加入浓度为1mol/L氢氧化钠水溶液调节混合溶液pH为12，继续以500转/分钟搅拌20分钟，在反应釜中180℃水热反应8小时，自然冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次，在80℃干燥5小时，得到碳胶球/二氧化锡；

S2、将7.5g钛酸四丁酯和3g步骤S1制备的碳胶球/二氧化锡放入30g无水乙醇中，超声分散15分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到分散溶液；将15g浓度为50mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液A；然后将10g无水乙醇、6g水、15g乙酸、0.36g六水硝酸铈，超声3分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液B；将溶液B以3滴/秒的速度加入到溶液A中，以500转/分钟搅拌6小时，在反应釜中135℃反应24小时，冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次85℃真空干燥8小时，680℃煅烧3小时，煅烧升温速率为5℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S3、将1g g-C₃N₄与4g步骤S2制备的纳米光催化剂A混合，以300转/分钟研磨20分钟，以20mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛下180℃硫化14小时后，以10℃/分钟的速率降温，降至25℃，得到纳米光催化剂。

实施例5

一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述步骤1中纳米光催化剂制备方法不一致。

所述步骤1纳米光催化剂制备方法如下：

S1、将30g蔗糖溶于160g水中，加入4.2g SnCl₄·5H₂O，以400转/分钟搅拌15分钟，得到混合溶液；加入浓度为1mol/L氢氧化钠水溶液调节混合溶液pH为12，继续以500转/分钟搅拌20分钟，在反应釜中180℃水热反应8小时，自然冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次，在80℃干燥5小时，得到碳胶球/二氧化锡；

S2、将7.5g钛酸四丁酯和3g步骤S1制备的碳胶球/二氧化锡放入30g无水乙醇中，超声分散15分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到分散溶液；将15g浓度为50mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液A；然后将10g无水乙醇、6g水、15g乙酸、0.36g六水硝酸铈、0.05g氧化石墨烯混合，超声3分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液B；将溶液B以3滴/秒的速度加入到溶液A中，以500转/分钟搅拌6小时，在反应釜中135℃反应24小时，冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次85℃真空干燥8小时，680℃煅烧3小时，煅烧升温速率为5℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S3、将步骤S2制备的纳米光催化剂A以300转/分钟研磨20分钟，以20mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛下180℃硫化14小时后，以10℃/分钟的速率降温，降至25℃，得到纳米光催化剂。

对比例1

一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述步骤1中纳米光催化剂制备方法不一致。

所述步骤1纳米光催化剂制备方法如下：

S1、将7.5g钛酸四丁酯放入30g无水乙醇中，超声分散15分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到分散溶液；将15g浓度为50mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液A；然后将10g无水乙醇、6g水、15g乙酸、0.36g六水硝酸铈混合，超声3分钟，超声参数为：3000W、20000赫兹，以500转/分钟搅拌60分钟，得到溶液B；将溶液B以3滴/秒的速度加入到溶液A中，以500转/分钟搅拌6小时，在反应釜中135℃反应24小时，冷却至25℃，7000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗3次85℃真空干燥8小时，680℃煅烧3小时，煅烧升温速率为5℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S2、将步骤S1制备的纳米光催化剂A以300转/分钟研磨20分钟，以20mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛下180℃硫化14小时后，以10℃/分钟的速率降温，降至25℃，得到纳米光催化剂。

对比例2

一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述步骤1中不添加纳米光催化剂。

测试例1

净化甲醛、乙醛测试：

依照中华人民共和国国家标准GB/T23761-2020《光催化材料及制品空气净化性能测试方法乙醛(或甲醛)的降解》对光触媒空气除味剂做在可见光下净化甲醛、乙醛测试，测试方法简述如下：

1.将光触媒空气除味剂裁制为长(99.5±0.5)mm，宽(49.5±0.5)mm，厚5mm的片状样品；

2.向光催化反应器中通入乙醛，调节乙醛流量为(1±0.02)L/min，控制乙醛浓度为(1±0.05)mL/m³，水蒸气浓度为(1.56±0.08)％，开启并校准气相色谱仪，测量反应气中乙醛浓度，连续测量三次，取平均值，得到反应气中乙醛初始浓度(φ_A0)；

3.将片状样品在无污染气体环境下进行干燥和紫外光照预处理后，放入光催化反应器调整块上，调节调整块高度，使片状样品表面可见光辐照度平均值为(30±0.5)mW/cm²；

4.在不开启光源的条件下，向反应器中以2mL/s的速度通入浓度为1mL/m³的二氧化碳，测量出口处二氧化碳浓度，当出口处二氧化碳浓度(φ_B0)稳定且小于1mL/m³后，进行步骤2通入乙醛过程，测量催化反应器出口处乙醛浓度，当出口处乙醛浓度稳定后(浓度不低于φ_A0的90％)，其稳定浓度作为光催化反应的乙醛初始浓度(φ_Ap0)；

5.继续通入乙醛，开启可见光(色温为5000K的荧光灯)，每隔15min测试出口乙醛浓度和二氧化碳浓度，反应5小时，以反应最后得到的3个乙醛浓度和二氧化碳浓度的平均值作为可见光催化反应后，乙醛浓度(φ_Apn)和二氧化碳浓度(φ_Bn)；

6.乙醛光催化去除率P_r＝(φ_Ap0-φ_Apn)/φ_Ap0×100％；

7.乙醛矿化率M_Ar＝(φ_Bn-φ_B0)/((φ_Ap0-φ_Apn)×2)×100％；

8.甲醛光催化去除率(P_CF)由乙醛光催化去除率换算得到，用来表征甲醛的去除率，P_CF＝P_r。

测试结果见表1。

测试例2

净化氨气测试：

依照期刊论文(负载二氧化钛P25光催化剂对氨气的降解效果研究，作者：蒲施桦等人，四川农业大学学报，2016年9月)利用光触媒空气除味剂对氨气进行光催化降解试验，试验过程如下：

1.将光触媒空气除味剂裁制为直径5cm，厚0.5cm的片状样品；

2.将片状样品放置于光催化反应器中，设置相对湿度75％，温度13℃，不开启光源，通入初始浓度为120～130mg/L/的氨气，流量为200L/h，每隔10min检测出口氨气浓度，直至出口氨气浓度达到平衡稳定状态，其稳定浓度作为光催化反应的氨气初始浓度(φ_NH30)；

3.继续通入氨气，开启光源(光源选择色温为5000K的荧光灯)，每隔15min测试出口乙醛浓度和二氧化碳浓度，反应5小时，以反应最后得到的3个氨气浓度的平均值作为光催化反应后，氨气浓度(φ_NH3n)；

4.氨气光催化去除率＝P_NH3(φ_NH30-φ_NH3n)/φ_NH30×100％。

测试结果见表1。

表1光触媒空气除味剂净化测试结果

通过实施例1与实施例2～5、对比例1～2的对比可以发现，实施例1对乙醛、甲醛、氨气的可见光催化去除率最优，可能是，蔗糖与SnCl₄·5H₂O水热负载，生成碳胶球/二氧化锡，提高材料比表面积，为光催化反应提供活性位点，同时二氧化锡可增强可见催化反应活性；碳胶球与氧化石墨烯作为载体，且碳胶球负载在氧化石墨烯片层表面，增加比表面积的同时，碳胶球的空心结构提高光的集中吸收，促进氧化石墨烯表面羟基自由基的生成，提高光催化降解效率；碳胶球表面的官能团与铈离子、钛离子间发生基团配位作用，吸附铈离子和钛离子到达碳胶球表面，转变为二氧化铈和二氧化钛，改善二氧化钛可见光利用率低的情况，提高材料可见光催化效果；二氧化锡和二氧化铈硫化生成二硫化锡和二硫化铈，光催化效果增强；在硫化过程中，氧化石墨烯与g-C₃N₄通过π-π键堆叠，与负载在氧化石墨烯上的空心碳胶球形成空间层叠结构，同时，g-C₃N₄与二硫化锡、二硫化铈、二氧化钛形成异质结，增加羟基自由基的活性位点，提高对光能的吸收，有效增强可见光催化降解效率。

Claims (9)

1.一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将植物胶溶于水中，加入纳米光催化剂、陶粒砂、植物提取液、胶黏助剂，搅拌，得到涂覆分散混合物；

步骤2、将活性碳纤维浸没入步骤1制备的涂覆分散混合物中，搅拌，干燥，得到纳米光触媒空气除味剂；

所述步骤1纳米光催化剂制备方法如下：

S1、将蔗糖溶于水中，加入SnCl₄·5H₂O，搅拌混合均匀，调节混液pH至11～13，继续搅拌10～30分钟，转移至反应釜中水热反应，自然冷却，离心收集固体，洗涤、干燥，得到碳胶球/二氧化锡；

S2、将钛酸四丁酯和碳胶球/二氧化锡加入到无水乙醇中，超声分散后搅拌混合均匀，得到分散溶液；将钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，搅拌混合均匀，得到溶液A；然后将无水乙醇、水、乙酸、六水硝酸铈、氧化石墨烯混合，超声分散后搅拌混合均匀，得到溶液B；将溶液B滴加至溶液A中，搅拌4～8小时，转移至反应釜中水热反应，冷却后离心收集固体，洗涤、干燥，650～700℃煅烧2～4小时，得到纳米光催化剂A；

S3、将g-C₃N₄与纳米光催化剂A混合，研磨后通入H₂S气体，在H₂S气氛下硫化10～16h，冷却至室温，得到纳米光催化剂。

2.如权利要求1所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1植物胶为瓜尔胶、香豆胶、田菁胶中的一种。

3.如权利要求1所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1纳米光催化剂制备方法如下，以重量份计：

S1、将20～40份蔗糖溶于140～180份水中，加入2.4～7.4份SnCl₄·5H₂O，以300～600转/分钟搅拌10～20分钟，得到混合溶液；加入浓度为0.5～1.2mol/L氢氧化钠水溶液调节混合溶液pH为11～13，继续以300～600转/分钟搅拌10～30分钟，在反应釜中水热反应，自然冷却至20～30℃，5000～10000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗2～4次，在60～90℃干燥3～6小时，得到碳胶球/二氧化锡；

S2、将4.5～10.5份钛酸四丁酯和1.8～4.2份步骤S1制备的碳胶球/二氧化锡放入20～40份无水乙醇中，超声分散10～20分钟，以400～600转/分钟搅拌45～90分钟，得到分散溶液；将10～20份浓度为40～60mg/L的钛酸四丁酯乙醇溶液加入到分散溶液中，以400～600转/分钟搅拌45～90分钟，得到溶液A；然后将5～15份无水乙醇、2～8份水、10～20份乙酸、0.2～0.5份六水硝酸铈、0.03～0.08份氧化石墨烯混合，超声2～5分钟，以400～600转/分钟搅拌45～90分钟，得到溶液B；将溶液B滴加至溶液A中，以400～600转/分钟搅拌4～8小时，在反应釜中水热反应，冷却至20～30℃，5000～10000转/分钟离心收集固体，用无水乙醇和水分别清洗2～4次，60～90℃真空干燥6～10小时，650～700℃煅烧2～4小时，煅烧升温速率为3～6℃/分钟，得到纳米光催化剂A；

S3、将g-C₃N₄与步骤S2制备的纳米光催化剂A混合，以200～400转/分钟研磨10～30分钟，以15～25mL/s通入H₂S气体，在H₂S气氛178～185℃下硫化10～16h，以10℃/分钟的速率降温，降至20～30℃，得到纳米光催化剂。

4.如权利要求1或3所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1和步骤S2中水热反应温度分别为140～200℃、110～150℃，水热反应时间分别为6～10小时、20～28小时。

5.如权利要求1或3所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中g-C₃N₄与步骤S2制备的纳米光催化剂A重量份比为1:(3～7)。

6.如权利要求1所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1陶粒砂粒径为30～70目。

7.如权利要求1所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1植物提取液为栀子花精油和金银花提取液以重量份比为1:(3～10)混合的混合物。

8.如权利要求1所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1胶黏助剂为聚乙二醇与硅溶胶以重量份比为1:(2～4)混合的混合物。

9.一种纳米光触媒空气除味剂，其特征在于：采用如权利要求1～8任一项所述的一种纳米光触媒空气除味剂的制备方法制备而成。