CN1515352A

CN1515352A - 负载型光催化净化网块的制备方法

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Publication number: CN1515352A
Application number: CNA031506186A
Authority: CN
Inventors: 古宏晨; 徐宏; 吴亚妮; 程存康
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: CN1218778C

Abstract

一种负载型光催化净化网块的制备方法，属于光催化领域。方法如下：采用活性炭作为吸附剂、高效复合催化剂作为光催化剂、电气石作为辅助材料，将活性炭、复合光催化剂与电气石粉末通过物理机械混合方法进行有效复合制备得到多功能高效光催化剂，然后采用水性胶乳作为粘合剂，将多功能高效光催化剂与水性胶乳液混合、分散，制成稳定的悬浮浆液，最后采用喷涂或浸涂工艺将催化剂负载载体均匀粘覆上催化剂涂层，得到负载型光催化净化网块。本发明对甲醛、苯、氨等有机污染物的降解率达90％以上，同时负离子产生浓度为1000个/cm³以上，并且具有高效的杀菌能力，细菌灭除率大于90％。可在中央空调等作为室内空气的净化组件使用，极大提高生活舒适度。

Description

负载型光催化净化网块的制备方法

技术领域

本发明涉及一种光催化净化网块的制备方法，特别是一种负载型光催化净化网块的制备方法。属于光催化领域。

背景技术

近年来，环境污染已经受到全球的普遍关注。目前在空气净化中使用的材料主要是采用活性炭或无纺布，由于它们具有高吸附能力，净化速度快，短期效果较为显著，所以在各种空气净化设备中广泛使用。然而，这类材料存在吸附饱和的极限，再生时必须将其从设备中取出，操作比较麻烦，还易造成二次污染，材料本身也不具备杀菌或抑菌的功能。

近十几年来，利用半导体粉末作为光催化降解有机或无机污染物的研究已成为治理环境污染最为活跃的领域之一。经文献检索发现，中国专利申请号为：99116885.2，名称为：多层结构的光催化空气净化网及其制备方法，公开号为：1288775，该专利公开了一种具有载体层、粘合剂层、活性炭层和TiO₂光催化剂层的高效多层结构的空气净化网的制备方法，将活性炭吸附污染物--TiO₂光催化降解--活性炭再生净化的相互促进融为一体，此净化网在253.7nm紫外光照射下，对甲苯、甲醛、三氯乙烯、氨气、硫化氢的降解率95％以上，对一氧化碳的降解率60％以上。但此方法采用聚氨酯胶粘剂作为基底层将活性炭与TiO₂粘接在载体表面，由于聚氨酯的粘度较高，将复合光催化剂涂覆在表面时一方面容易将活性炭的孔道阻塞，降低吸附能力，另一方面由于存在用胶多了造成催化剂阻塞载体网孔或者用胶少了粘结不牢等问题，从而使得净化网通风不畅、外观不美观甚至影响催化效率。另外，从该专利描述的数据来看，所有降解模型均采用污染物初始浓度极高的情况(1000ppm以上)，而这对真实室内空气净化是没有什么意义的，文中未见低初始污染物浓度进行光催化降解的数据。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的上述问题，提供一种负载型光催化净化网块的制备方法。该方法首先摒弃了采用溶剂型胶粘剂而选择水性胶乳作为粘合剂，其次选择对有机污染物吸附性能好的活性炭作为吸附剂，平均粒度为10～20nm的含有电子一空穴对捕获剂的高效复合催化剂作为本发明的光催化剂。另外，本发明采用了一种能产生大量负离子的天然极性矿石--电气石作为使空气舒适度提高的辅助材料，完全克服了由高压电晕放电发生负离子而带来的NO_x或O₃等有害气体。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明负载型光催化净化网块的制备方法如下：采用活性炭作为吸附剂、高效复合催化剂作为光催化剂、电气石作为辅助材料，将活性炭、复合光催化剂与电气石粉末通过物理机械混合方法进行有效复合制备得到多功能高效光催化剂，然后采用水性胶乳作为粘合剂，将多功能高效光催化剂与水性胶乳液混合、分散，制成稳定的悬浮浆液，最后采用喷涂或浸涂工艺将催化剂负载载体均匀粘覆上催化剂涂层，得到负载型光催化净化网块。

多功能高效光催化剂可将有机污染物快速高效地吸附在活性炭颗粒中，再通过TiO₂的光催化性质将吸附的有害物质降解成CO₂与H₂O，而TiO₂高的光活性使粉体能量升高，降解产生的H₂O又促使极性的电气石产生负离子的能力大幅提高，所以本发明所制备的光催化剂集吸附、催化降解、负离子发生、杀菌抑菌于一体，各种功能相互补充，相互促进，由此催化剂制备负载型光催化净化网块及光催化空气净化装置可用于室内空气的净化(污染物浓度较低的情况)，同时可使室内负离子浓度达到旷野郊区或公园的水平(500～1000个/cm³)，大大提高了生活舒适度。

以下对本发明的方法作进一步的说明，具体步骤如下：

(1)将活性炭、复合光催化剂与电气石粉末按一定比例通过机械混合制成多功能高效光催化剂，其中活性炭用量为10～40％，光催化剂用量为20～60％，电气石使用量为10～40％。

(2)将上述多功能高效光催化剂与水性胶乳液混合，并用高速分散机或超声波分散，制成稳定的悬浮浆液。浆液的总固含量为45％左右。

(3)将催化剂负载载体浸渍于上述悬浮浆液或采用喷涂将载体上均匀粘覆上一层催化剂涂层，于100摄氏度干燥箱烘干后，可根据需要重复涂敷，得到负载型光催化净化网块。

所述的活性炭为对有机物具有极强吸附能力的煤质颗粒(或粉末)活性炭或果壳颗粒(或粉末)活性炭，其碘值大于1000mg/g，在使用前需对活性炭颗粒或粉末进行粉碎，选择粒度大于600目备用。

所述的复合光催化剂为平均粒度为10～20nm的含有电子—空穴对捕获剂(可有效减少电子—空穴对的复合几率)的高效复合光催化剂，其中锐钛型TiO₂的含量为85％以上，电子—空穴对捕获剂是一些除钛以外的金属氧化物，可以是氧化铝、氧化硅、氧化钼或稀土氧化物等。

所述的能产生负离子的电气石原料为天然电气石，如铁电气石、镁电气石、铁镁电气石、锂电气石，并对其进行超细粉碎，筛选粒度小于20微米以下，更好是5微米以下的淡青灰色超细粉体。

所述的水性胶乳液，可以是苯丙胶乳、纯丙胶乳、聚氨酯胶乳、醋酸乙烯酯胶乳、醋丙乳液中的一种或几种，胶乳固含量30～50％左右，最低成膜温度为50摄氏度～90摄氏度。

所述的催化剂负载载体为蜂窝状或瓦楞状纸制、铝基或塑料基的网状模块，大小与形状可任意剪裁，网块孔道边长最好为1mm以下，厚度6mm以上，保证网块有一定刚度为宜。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明选择水性胶乳作为粘合剂、活性炭作为吸附剂，高效复合催化剂作为光催化剂，采用电气石作为辅助材料，完全克服了由高压电晕放电发生负离子而带来的NO_x或O₃等有害气体。由活性炭、复合光催化剂与电气石粉末制成的多功能高效光催化剂，集吸附、催化降解、负离子发生、杀菌抑菌于一体，各种功能相互补充，相互促进。采用本发明制作的空气净化装置不仅对甲醛、苯、氨等有机污染物的降解率达90％以上(苯为60％左右)，同时负离子产生浓度为1000个/cm³以上，并且具有高效的杀菌能力，细菌灭除率大于90％。可在中央空调、空气净化器等作为室内空气的净化组件使用，极大提高生活舒适度。

具体实施方式

结合本发明的内容提供以下实施例：

实施例1

将煤质高吸附性活性炭粉末、复合光催化剂、镁电气石粉末进行复合并经气流粉碎制成多功能高效光催化剂A，其中活性炭粉末含量为30％，复合光催化剂含量为60％，镁电气石粉末含量为10％。将A、小粒径苯丙乳液、去离子水按质量比1∶2.5∶1.25并在高速分散机或超声粉碎机中配成稳定的悬浮浆液B。将长360mm，宽为230mm，厚为6mm的铝基蜂窝网(预先用稀酸洗涤处理)浸渍在浆料B中，以网块全部浸没于浆料中为宜。浸渍2分钟后取出，除掉挂在网孔中的多余浆料后，放在100摄氏度干燥箱中烘干，然后再采用相同方法涂敷一层。取两块这样的光催化净化网块分别安置在与净化块同样规格的不锈钢通道的两端，不锈钢通道长度为20cm，在通道中央平行安置2根主波长为253.7nm的8瓦紫外灯。将这一装置放于一1M³工作舱中，在此装置一端距离光催化网块15cm处放置一轴流风机为此装置送风。工作舱内四角也分别放置四个轴流风机使舱内空气对流。舱内温度20℃，湿度50％RH，风速0.5m/s。分次分别向工作舱内注入有机污染物甲醛5.0ppm，苯16.5ppm，氨5.3ppm，细菌总数＞100个/皿。开紫外灯测试光催化效果，3小时后甲醛降解率为93％，苯降解率为68％，1小时后氨降解率为95％，细菌去处率为91％，负离子浓度为800个/cm³。

实施例2

按照实施例1所述方法制备多功能高效光催化剂与光催化净化网块，不同的方面一是高吸附性活性炭为椰壳碳，二是活性炭粉末含量为10％，复合光催化剂含量为50％，镁电气石粉末含量为40％。将此净化网块安置于实施例1描述的净化装置上并将此装置至于工作舱中，分次分别向工作舱内注入有机污染物甲醛7.8ppm，苯23.9ppm，氨5.5ppm，细菌总数＞100个/皿。开紫外灯测试光催化效果，3小时后甲醛降解率为90％，苯降解率为66％，1小时后氨降解率为92％，细菌去处率为89％，负离子浓度为1200个/cm³。

实施例3

按照实施例1所述方法制备多功能高效光催化剂与光催化净化网块，不同的方面一是水性粘合剂为纯丙乳液，二是活性炭粉末含量为40％，复合光催化剂含量为20％，镁电气石粉末含量为40％，三是所用载体为纸制瓦楞状，大小与厚度同实施例1。将此净化网块安置于实施例1描述的净化装置上并将此装置至于工作舱中，分次分别向工作舱内注入有机污染物甲醛5.6ppm，苯20.3ppm，氨5.8ppm，细菌总数＞100个/皿。开紫外灯测试光催化效果，3小时后甲醛降解率为84％，苯降解率为55％，1小时后氨降解率为88％，细菌去处率为90％，负离子浓度为1200个/cm³。

实施例4

按照实施例1所述方法制备多功能高效光催化剂与光催化净化网块，不同的是净化装置两端各放两块光催化净化网块，分次分别向工作舱内注入有机污染物甲醛7.6ppm，苯23.3ppm，氨5.8ppm，细菌总数＞100个/皿。开紫外灯测试光催化效果，1小时后甲醛降解率为80％，3小时后甲醛降解率为97％，3小时后苯降解率为72％，1小时后氨降解率为96％，细菌去处率为93％，负离子浓度为1500个/cm³。

对比例

按照实施例1所述方法制备多功能高效光催化剂与光催化净化网块，不同的多功能光催化剂中没有用活性炭，复合光催化剂含量为66.7％，镁电气石质量含量为33.3％。将此净化网块安置于实施例描述的净化装置上并将此装置至于工作舱中，分次分别向工作舱内注入有机污染物甲醛5.0ppm，苯16.5ppm，氨5.3ppm，细菌总数＞100个/皿。开紫外灯测试光催化效果，3小时后甲醛降解率为95％，苯去降解率为9％，1小时后氨降解率为89％，细菌去处率为80％，负离子浓度为1000个/cm³。

Claims

1、一种负载型光催化净化网块的制备方法，其特征在于，制备方法如下：采用活性炭作为吸附剂、高效复合催化剂作为光催化剂、电气石作为辅助材料，将活性炭、复合光催化剂与电气石粉末通过物理机械混合方法进行有效复合制备得到多功能高效光催化剂，然后采用水性胶乳作为粘合剂，将多功能高效光催化剂与水性胶乳液混合、分散，制成稳定的悬浮浆液，最后采用喷涂或浸涂工艺将催化剂负载载体均匀粘覆上催化剂涂层，得到负载型光催化净化网块。

2、根据权利要求1所述的负载型光催化净化网块的制备方法，其特征是，以下对制备方法作进一步的说明，具体步骤如下：

(1)将活性炭、复合光催化剂与电气石粉末按比例通过机械混合制成多功能高效光催化剂，其中活性炭用量为10～40％，光催化剂用量为20～60％，电气石使用量为10～40％；

(2)将上述多功能高效光催化剂与水性胶乳液混合，并用高速分散机或超声波分散，制成稳定的悬浮浆液，浆液的总固含量为45％；

(3)将催化剂负载载体浸渍于上述悬浮浆液或采用喷涂将载体上均匀粘覆上一层催化剂涂层，于100摄氏度干燥箱烘干后，或者根据需要重复涂敷，得到负载型光催化净化网块。

3、根据权利要求1或2所述的负载型光催化净化网块的制备方法，其特征是，所述的活性炭为对有机物具有极强吸附能力的煤质颗粒或粉末活性炭，或果壳颗粒或粉末活性炭，其碘值大于1000mg/g，在使用前对活性炭颗粒或粉末进行粉碎，选择粒度大于600目备用。

4、根据权利要求1或2所述的负载型光催化净化网块的制备方法，其特征是，所述的复合光催化剂为平均粒度为10～20nm的含有电子—空穴对捕获剂的高效复合光催化剂，其中锐钛型TiO₂的含量为85％以上，电子一空穴对捕获剂是除钛以外的金属氧化物，具体为氧化铝、氧化硅、氧化钼或稀土氧化物等中的一种。

5、根据权利要求1或2所述的负载型光催化净化网块的制备方法，其特征是，所述的能产生负离子的电气石原料为天然电气石，如铁电气石、镁电气石、铁镁电气石、锂电气石，并对其进行超细粉碎，筛选粒度小于20微米，优选5微米以下的淡青灰色超细粉体。

6、根据权利要求1或2所述的负载型光催化净化网块的制备方法，其特征是，所述的水性胶乳液，为苯丙胶乳、纯丙胶乳、聚氨酯胶乳、醋酸乙烯酯胶乳、醋丙乳液中的一种或几种，胶乳固含量30～50％，最低成膜温度为50摄氏度～90摄氏度。

7、根据权利要求1或2所述的负载型光催化净化网块的制备方法，其特征是，所述的催化剂负载载体为蜂窝状或瓦楞状纸制、铝基或塑料基的网状模块，大小与形状可任意剪裁，网块孔道边长最好为1mm以下，厚度6mm以上。