CN1524612A - 光催化剂的制备方法，光催化剂以及气体净化器 - Google Patents
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Abstract
使得在其上负载有二氧化钛的载体进一步负载金属化合物。将这种金属化合物在加热气氛中在第一处理温度下进行氢还原，然后在热气氛中在不高于第一处理温度的第二处理温度下氧化以得到光催化剂。在这种情况下，金属从极强的还原态释放出来并因此以微粒形式高度分散在催化剂上，因而可以获得高活性的催化剂。然后，通过在由例如不可见光向光催化剂供应光和热的同时净化气体，诸如乙醛的挥发性有机化合物可以通过光催化剂光催化活性与热催化活性的协作作用而在高分解率下得以分解。
Description
技术领域
本发明涉及具有显示出光催化活性和热催化活性性能的光催化剂的制备方法，和通过这种方法制备的光催化剂，以及使用这种光催化剂来分解空气等中的挥发性有机化合物(VOC)的气体净化器。
发明背景
近年来，由例如空气中包含的挥发性有机化合物所引起的环境问题已经恶化。作为其具体的实例，可以举出这样的例子：如有人指出由用于建筑材料的粘合剂或者防腐剂产生的甲醛在室内空间引发建筑物患病综合症，由例如食品厂的残渣产生的乙醛引发工业臭气，等等。
按照惯例，已经进行了这样的处理，这种处理方法使用含有诸如活性炭的吸附剂的空气过滤器对空气进行净化，由此来吸附挥发性有机化合物。但是，在使用活性炭的情况下，已经有人指出这样一个问题，就是当吸附的有机化合物覆盖活性炭的活性点时，其吸附活性逐步降低。考虑到这一点，已有人提出通过使用光催化剂分解挥发性有机化合物作为一种净化手段而不是使用活性炭来净化空气的方法，这种光催化剂在施加以光的时候活化而显示出氧化还原活性，即所谓的光催化活性。
作为上述光催化剂的一个实例，已经周知，这种光催化剂由二氧化钛和载体组成，所述二氧化钛具有显示出光催化活性的性能，所述载体是在其上载有二氧化钛的二氧化硅(在下文中，这种光催化剂将称为″二氧化钛/二氧化硅催化剂″)。二氧化钛/二氧化硅催化剂具有强氧化能力，而它的还原能力却比氧化能力稍差一些。已经周知，当铂(Pt)进一步负载在二氧化钛/二氧化硅催化剂上时，可以得到氧化还原活性进一步增强的光催化剂(以下简称″铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂″)(例如参见非专利文献1)。
当使用上述铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂净化含挥发性有机化合物，如乙醛的空气时，来自于诸如不可见光的光施用于充满一层光催化剂的反应器中，借此活化该光催化剂，并与此同时，通过供料和排出装置，比如风扇将空气加料到光催化剂上。在这种情况下，乙醛通过光催化活性分解为例如二氧化碳和水，从而使空气得以净化。
[非专利文献1]
E.Obuchi，T.Sakamoto，和K.Nakano，″PhotocatalyticDecomposition of Acetaldehyde over TiO2/SiO2 Catalyst″，ChemicalEngineering Science，54(1999)，1525-1530页，1999年3月26日。
但是，存在一个问题，就是乙醛通过上述光催化剂分解是不充分的。具体地说，尽管大部分乙醛可以被光催化剂分解，但由于它很强的异臭，即使还残留几十ppm，也可能会给人造成不舒服的感觉。此外，当催化剂活性低时，在有些情况下乙醛不分解为二氧化碳和水，这样就会生成另一种有臭味的物质，比如中间物质甲酸或者乙酸。因此，事实是，当净化例如室内空间的空气时，室内空气循环到光催化剂上，以在某一段长的时间内降低乙醛或中间物质的浓度。为此，已经需要可以以更高的分解率来快速净化空气的方法，并且作为其中的一种，已经考虑需要更高活性的光催化剂。
另一个问题是，如果焦炭(coke)，即在乙醛分解时生成的所谓残渣附着在催化剂的表面上，那么在这种情况下，催化剂的活性点被焦炭覆盖，从而降低乙醛的分解率。焦炭使催化剂中毒，但是可以通过在加热炉中，在例如200-400℃下将其加热而进行催化剂回收过程来将其脱除。然而，为了进行这种催化剂回收过程而从反应器中取出光催化剂，将要中断气体净化过程，这不仅费时，而且要花费人力。此外，为了将乙醛的分解率保持在一定水平，可能要增加实施催化剂回收过程的频率以抑制焦炭附着在催化剂表面上。
发明概述
在这种情况下完成了本发明，并且其目的在于提供一种，例如可以在高分解率下净化气体的高活性光催化剂。
本发明的另一个目的是提供一种制备这种光催化剂的方法。
本发明的再一个目的是提供一种可以使用这种光催化剂来在高分解率下净化气体的气体净化器。
根据本发明的一个方面，提供一种制备光催化剂的方法，该光催化剂包括载体，在载体上载有二氧化钛和具有显示出热催化活性性能的金属，所述方法包括使所述载有二氧化钛的载体负载所述金属化合物的金属负载步骤；在加热气氛中，在第一处理温度下用氢还原在金属负载步骤中被载体负载的所述金属化合物的还原步骤；和在加热气氛中，在第二处理温度下氧化在还原步骤中通过氢还原得到的所述金属的氧化步骤。
根据本发明的光催化剂制备方法，氧化过程在氢还原过程之后进行，从而使金属从极强的还原态释放出来，因此，金属以非常精细的晶体形式高度分散在催化剂的表面上。结果是，因为除了二氧化钛的光催化活性之外还提高了金属的热催化活性，所以可以获得高活性的光催化剂。
第二处理温度可以等于或者低于第一处理温度。第二处理温度可以落在300℃-600℃范围内，或者在500℃-600℃范围内。
光催化剂制备方法还可以包括在还原步骤之后在惰性气体气氛中将载体温度设定在第二处理温度的温度调节步骤。
金属可以是铂、铑、钌和镍中的至少一种。在铂的情况下，其含量相对于光催化剂的重量来说可以是0.04wt％-0.5wt％。
二氧化钛的含量可以是以光催化剂的重量计10wt％或以上。
载体可以是二氧化硅小球。
光催化剂制备方法还可以进一步包括，在金属负载步骤之前，使含四异丙醇钛和异丙醇的第一处理液体渗透到载体中的步骤；水解渗透到载体中的钛化合物以使载体负载二氧化钛的步骤；和煅烧负载有二氧化钛的载体的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种通过上述光催化剂制备方法制备的光催化剂。
根据本发明的再一方面，提供一种用于净化含挥发性有机化合物的气体的气体净化器，该气体净化器包括充满上述光催化剂的反应器；用于在反应器中在光催化剂上发光的发光装置；和用于将气体加料给光催化剂的供料与排出装置，其中在净化气体时光催化剂的温度为100℃-200℃。
挥发性有机化合物可以是乙醛、甲醛、链烷烃、烯烃和芳族化合物中的至少一种。
附图简述
图1是表明根据本发明优选实施方案制备光催化剂的流程图。
图2是表明根据本发明优选实施方案的气体净化器的纵向剖面图；
图3是沿图2中的P-P线所取的横向剖面图；
图4A是表明图2和3所示气体净化器的改进的横向剖面图；
图4B是表明图2和3所示气体净化器的另一种改进的横向剖面图；
图4C是表明图2和3所示气体净化器的又一种改进的横向剖面图；
图5是表明为证明本发明的效果而进行的试验结果的特性曲线图；
图6是表明为证明本发明的效果而进行的试验结果的特性曲线图；和
图7是表明为证明本发明的效果而进行的试验结果的特性曲线图。
优选实施方案描述
参考图1，将描述有关根据本发明优选实施方案制备光催化剂的方法。首先，如图1中步骤S1所示，把由例如二氧化硅，比如平均粒度为2-4mm的二氧化硅小球制成的多孔载体在，例如500℃下加热到干燥，从而除去水分。然后，如步骤S2所示，把通过将四烷醇钛，例如四异丙醇钛(TIP)，和醇，例如异丙醇(IPA)以预定比例，比如1∶1的比例混合在一起得到的第一处理液在，例如常温下渗透到二氧化硅小球中。这种状态保持，例如一天一夜以使第一处理液在表面上均匀扩展开来并渗透到二氧化硅小球的微孔中。此后，如步骤S3所示，将二氧化硅小球从母液中分离出来并将其置于潮湿氛围，比如大气中以促进TIP的水解，由此制备二氧化钛(TiO2)。然后，如步骤S4所示，在例如500℃下把二氧化硅小球煅烧2小时，由此得到二氧化钛/二氧化硅催化剂。这种二氧化钛是，例如锐钛矿型结晶体。如果二氧化钛负载到二氧化硅上的比率较低，则不能充分获得二氧化钛的光催化活性，如果太高，则会阻塞二氧化硅小球的微孔，从而降低其比表面积。为此，希望二氧化硅小球的表面被二氧化钛均匀覆盖。在这一实施方案中，二氧化钛的含量优选调整到，例如以之后获得的铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂的重量计10wt％或以上，特别是10-25wt％。
随后，如步骤S5所示，含铂化合物的第二处理液，比如氯铂酸水溶液在，例如常温下渗透到上述二氧化钛/二氧化硅催化剂中。之后，如步骤S6所示，通过利用，例如真空干燥器将从溶液中分离出来的二氧化钛/二氧化硅催化剂减压干燥以脱除水分，直到二氧化钛/二氧化硅催化剂的重量达到大致恒重。此后，把惰性气体，比如氩气加料给二氧化钛/二氧化硅催化剂以在氩气气氛中将其加热。然后，如步骤S7所示，当温度达到第一处理温度，比如300℃或者更高，优选600℃下时，供应氢气而不是氩气来在氢气气氛中实施氢还原过程，这一过程持续例如2小时，这样就把为铂化合物的氯铂酸还原成，例如铂。之后，如步骤S8所示，再次供应氩气而不是氢气，并在氩气气氛中控制二氧化钛/二氧化硅催化剂的温度以将温度调节到第二处理温度，比如300-600℃下，优选500-600℃。随后，如步骤S9所示，供应，例如空气而不是氩气，并在该气忿中进行氧化过程，这一过程进行例如1小时以获得铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂。此时，如果负载的铂比率太低，则不能获得铂的催化活性，相反，如果过高，则不仅会降低二氧化钛的光催化活性，而且也会使成本变成相对较高。为此，最好铂含量设定在，例如以之后获得的铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂的重量计0.04-0.5wt％，特别是0.1wt％。顺便说一句，氧化过程不局限于使用空气，例如氧气、臭氧或者氧化性气体均可以使用。
现在，将对于实施上述氧化过程时催化剂的表面状态进行如下的描述。首先，当在氧化过程之前实施氢还原过程时，如上所述，铂化合物被还原成铂。在这种情况下，用显微镜观察时，铂以具有筏状晶体结构形式分散在催化剂上。本发明中，这一状态被称作″极强的还原态″。然后，通过在例如，不高于氢还原过程温度的第二处理温度下实施氧化过程，筏状晶体结构中的联接(joining hands)被切断，因此，现在铂以非常细的晶粒形式高度分散在催化剂的表面上。也就是说，在氧化过程中铂没有被氧化到使其转变成氧化物的程度，而是从上述极强的还原态中释放出来。
现在参考图2和3，将描述有关气体净化器的情况，这种气体净化器使用通过上述方法得到的铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂来净化含挥发性有机化合物的气体，例如含乙醛、甲醛、链烷烃、烯烃和芳族化合物中的至少一种的气体。图2是气体净化器的侧视中剖面图，而图3是沿图2的P-P线所取的横向剖面图。在这两个图中，数字10表示形成气体净化器主体部分的外壳。在外壳10中装备有反应管11，即管式反应器，该管式反应器至少在其一部分上由可透光的材料制成并且具有，例如10mm的直径，0.5mm的厚度和200mm的长度。在反应管11中，通过上述方法得到的光催化剂装填例如170mm高以形成催化剂层12。该催化剂层12的上下侧由支承构件13支撑，每个支承构件13上都成形有各自具有不允许光催化剂通过的尺寸的气流孔。上述可透光的材料选自耐热玻璃(商品名：PyrexGlass)，石英玻璃，丙烯酸树脂，聚碳酸酯等等。
在外壳10中，提供多束(在本实施方案中是4束)不可见光14，例如紫外光以便围绕反应管11，这种不可见光14用作用于发光的发光装置的光源。配置这种不可见光是为了通过不可见光14的辐射热来将催化剂层12的温度提高到净化过程的温度，比如不高于下述结焦物质(coking material)的引燃温度下限，并且当待处理的气体包含，例如乙醛时，温度提高到例如100-200℃，优选150℃。作为具体的实例，当使用每一束均为6W的不可见光14时，反应管11和各束不可见光14之间的缝隙距离L设定为3mm。在反应管11的上游侧，放置有过滤器15，用于分离待处理气体中包含的诸如灰尘的悬浮固体物质，而在反应管11的下游侧，则配置有一个风扇16，用作将待处理的气体加料给催化剂层12的供料与排出装置。
当使用上述气体净化器净化待处理的气体，比如含乙醛的空气时，首先启动风扇16将空气导入过滤器15，在那里分离掉诸如灰尘的悬浮固体物质。然后，空气被加料到催化剂层12。在这种情况下，当来自于不可见光14的诸如紫外光的光照射在光催化剂上时，电子跃过二氧化钛能带隙，跃迁到其传导能带上，从而使光催化剂得到活化。在这里，当空气中的乙醛接触到活化的光催化剂的表面时，乙醛分解成，例如二氧化碳和水，同时副产的结焦物质和/或焦炭附着在催化剂的表面上。结焦物质表示后来变成焦炭的挥发性前体。因此，会降低催化剂的活性点，从而逐步降低分解率。但是，由于来源于不可见光14的辐射热活化了铂的催化燃烧反应，因此结焦物质被引燃焚烧并甚至进一步焚烧位于其周围的焦炭。焚烧的结焦物质和/或焦炭以，例如碳酸气的形式从催化剂的表面上分离开来，因此被结焦物质和/或焦炭覆盖的催化剂活性点之后再次出现，这样就有助于乙醛的分解。另外，由于这种情况下的燃烧热，铂的催化燃烧反应被进一步活化。通过这种方式，乙醛得到分解，空气得以净化。顺便说一下，除了上述反应之外，还认为发生了这样一种反应，其中在活化的光催化剂、氧和空气中的水相接触时生成了活性氧，生成的活性氧和乙醛彼此反应生成碳酸气和水。
根据上述实施方案，在催化剂的制备过程中，在氢还原过程之后在预定的温度下进行氧化过程。因此，铂从极强的还原态释放出来，这样铂就以非常细的晶粒形式高度分散在催化剂上。因此，会利用许多离解的氧分子或者氢分子(这是铂的金属特征，但是由于铂呈筏状晶体形式而失去了这一特征)，因而可以获得高活性。从而，促进了铂的催化燃烧反应，使例如结焦物质引燃。因此，正如从后面描述的实施例还将一目了然的那样，通过光催化活性和热催化活性之间的协同作用，催化剂的活性得以迅速提高，并且在此之后还可以保持高的状态。顺便说一下，第二处理温度可以设定得高于第一处理温度，只要第二处理温度比催化剂制备过程中进行煅烧时的温度低即可。
此外，根据上述实施方案，由于作为光源的不可见光14为光催化剂提供热量，以在预定的温度下进行净化过程。因此，这种热量促进了铂的催化燃烧反应，确保导致结焦物质引燃。从而使附着在催化剂上的结焦物质和/或焦炭焚烧，以抑制催化剂活性的降低。结果是，可以不必进行催化剂的回收过程，或者大大降低其频率。顺便说一下，如果催化剂层12的温度，即气体净化方法的温度太高，结焦物质会固化成焦炭，从而使其引燃变得很困难。为此，希望对结焦物质的状态进行控制，使其为挥发性前体。此外，优选根据待生成结焦物质的种类确定净化过程的温度。考虑到这一点，在本实施方案中，如前所述将其设定为结焦物质引燃温度的下限。
在本发明的光催化剂中，负载在载体上并具有显示出热催化活性性能的金属不局限于铂，而是可以选自铑，钌，钯，镍等等。此外在这种情况下，在氢还原过程之后通过进行氧化过程而释放出极强还原态，这样再现出选定金属的金属特征，因此，可以获得与上述情况相同的效果。另外，在本发明的光催化剂中，二氧化钛不局限于锐钛矿类型，而可以是金红石类型或者金红石-锐钛矿类型。此外，氧化铌等可以代替二氧化钛负载在载体上，只要它具有显示出光催化活性的性能即可。而且，在本发明的光催化剂中，载体不局限于二氧化硅，而可以是多孔体，例如氧化铝，优选γ-氧化铝，硅藻土，灰泥等等。
在本发明的气体净化器中，用于向光催化剂供热的加热装置可以独立装备。但是，考虑到设备成本，优选的配置是使光和热均来自于如上所述的通用光源。另外，在本发明的气体净化器中，光源不局限于不可见光14，而可以是荧光灯，紫外灯，汞灯，臭氧灯，杀菌灯等等，只要它在紫外区中发光即可。同样，在这种情况下，可以获得与上述情况相同的效果。
此外，在本发明的气体净化器中，各自包含反应管11和不可见光14的多个反应单元可以如图4A所示装备。另外，在外壳10中可以装备多个反应管11。其一个实例示于图4B中。正如所理解的，本发明不局限于此。优选，反应管11和不可见光14的数目和排列方式根据待处理气体的供料流速、挥发性有机化合物的种类、光源的种类等来确定。此外，本发明不局限于其中光从反应管11的表面上发出这样的结构。例如，如图4C所示，不可见光14可以装备在反应管11内，这样就可以从反应管11的内部发出光。
实施例
现在，将描述为证明本发明的效果而进行的有关实施例。
实施例1
在这一实施例中，制备本发明的铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂。使用平均粒度为2-3mm，并且具有平均孔径为30nm的微孔的二氧化硅小球(Fuji Silysia Chemical Ltd.生产的CARiACT30)作为二氧化硅载体。首先，把二氧化硅小球在500℃下加热到干燥，然后把100g的这种二氧化硅小球称重到烧杯中。随后，在摇振其中有二氧化硅小球的烧杯的同时，使用滴管把通过将TIP和IPA混合在一起得到的第一处理液滴加到烧杯中，把烧杯在二氧化硅小球全部被浸没的状态下静置24小时。此后，把二氧化硅小球取出并将其在大气中在500℃下煅烧2小时，由此得到二氧化钛/二氧化硅催化剂。随后，把二氧化钛/二氧化硅催化剂放进烧杯中，用氯铂酸溶液浸渍，静置一天一夜，以便使其载有0.1wt％的铂，然后使用真空干燥器减压干燥。在二氧化钛/二氧化硅催化剂达到大致恒重之后，将其从真空干燥器中取出。然后，在喂以氩气的同时，将催化剂在氩气气氛中加热到600℃。之后，把氩气转变成氢气，将催化剂在氢气中在600℃(第一处理温度)下进行氢还原，这一过程持续2小时。此后，将氢气转变成氩气，并把催化剂在氩气气氛中保持1小时。之后，把氩气转变成空气，将催化剂在大气中在600℃(第二处理温度)下进行氧化，这一过程持续1小时。此后，在氩气气氛中，降低催化剂的温度，从而得到铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂。这一铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂被称作催化剂A。
实施例2
在这一实施例中，除了在500℃(第二处理温度)下进行氧化之外，实施与实施例1相同的方法，由此得到铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂。这一铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂被称作催化剂B。
实施例3
在这一实施例中，除了在400℃(第二处理温度)下进行氧化之外，实施与实施例1相同的方法，由此得到铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂。这一铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂被称作催化剂C。
实施例4
在这一实施例中，除了在300℃(第二处理温度)下进行氧化之外，实施与实施例1相同的方法，由此得到铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂。这一铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂被称作催化剂D。
对比实施例1
在这一对比实施例中，除了不进行氧化之外，实施与实施例1相同的方法，由此得到铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂。这一铂-二氧化钛/二氧化硅催化剂被称作催化剂E。
以下将描述为了测定在实施例1-4和对比实施例1中得到的催化剂A-E的分解性能而进行的有关试验。在其描述之前，将说明试验中使用的气体净化器的条件。作为反应管11，使用直径为10mm，厚度为0.5mm，长度为200mm的Pyrex Glass。在反应管11中，光催化剂装填高度为170mm，以形成催化剂层12。每一束均为6W的4束不可见光14用作光源，反应管11和每一束不可见光14之间的距离L设定为3mm。
试验1
在这一试验中，为了证明在氢还原之后进行氧化过程的效果，测定在实施例1-4和对比实施例1中得到的催化剂A-E的分解性能。制备温度为25℃、含有3000体积ppm乙醛的空气并使其以20ml/min的流速与反应管11中装填的催化剂A(B-E)接触，在确定达到吸附平衡之后，将光由不可见光14照射在催化剂A(B-E)上以进行分解试验5-6小时。在这种情况下，使用气相色谱，以约10分钟为间隔，分析催化剂层12出口处空气中残留的乙醛并通过计算得出分解率。在这里，分解率表示反应管11内的乙醛分解率，这是通过以下表达式计算出来的：
(((进口浓度(体积ppm)-出口浓度(体积ppm))/(进口浓度(体积ppm)))×100。
关于试验1的结果和讨论
催化剂A-E的分解率结果列于图5。如图5结果所示，从试验开始直到50分钟，所有催化剂A-E的分解率均降低。但是，在催化剂A中，当时间达到约100分钟时，分解率迅速增加并且超过90％。甚至此后仍稳定地保持90％以上的分解率，并且稳定状态下的平均分解率为96.5％。就催化剂B而论，在时间达到约80分钟时分解率开始迅速增加，并且在时间为约150分钟时达到90％。此外，如催化剂A一样，此后分解率稳定，并且稳定状态下的平均分解率为92.0％。另一方面，在催化剂C的情况下，在时间达到约80分钟时，分解率开始按比例增加，并在时间为约350分钟时达到90％。在催化剂D的情况下，在时间为约200分钟时，分解率开始增加，在时间为350分钟时达到30％，最后超过90％。相反，在没有进行氧化过程的催化剂E的情况下，分解率没有表现出急剧增长，并且在时间为100分钟之后分解率稳定，平均分解率大约为15％。也就是说，已经证明，通过在氢还原过程之后实施氧化过程，可以提高催化剂的活性。另外还已经证明，当氧化过程的温度(第二处理温度)变得更高时，分解率更早地增加。此外，当使用催化剂A时，处理后空气中的乙酸浓度为5体积ppm或者更少。也就是说，已经证明，生成了少量的中间物质。
试验2
进行这一试验是为了证明来自于光源的热的影响。使用实施例1中得到的催化剂A作为光催化剂。除了在室温下将冷却剂气体经由进料管路(未示出)加料到反应管11和不可见光14之间的缝隙中以冷却催化剂层12之外，该试验与试验1相同。
试验3
进行这一试验是为了证明来自于光源的光的影响。使用实施例1中得到的催化剂A作为光催化剂。除了在反应管11的外围覆盖铝箔以防止光施加到催化剂层12上之外，该试验与试验1相同。
关于试验2和试验3的结果与讨论
试验2和试验3的分解率结果示于图6。图6还示出了有关试验1中催化剂A的上述结果。在试验2中，催化剂层12的平均温度为48.0℃，稳定状态下的平均分解率为42.6％。在试验3中，催化剂层12的平均温度为144.8℃，稳定状态下的平均分解率为27.2％。相反，如试验1所述，当同时提供光和热时，稳定状态下的平均分解率为96.5％，超过了通过简单地把只提供光时的分解率与只提供热时的分解率加起来所得到的69.8％(＝42.6％+27.2％)。也就是说，通过同时向催化剂提供光和热已经证明，它们的综合效应可以使催化剂获得更高的活性。
试验4
在这一试验中，重复进行如试验1的分解试验。使用实施例1中得到的催化剂A作为光催化剂。
关于试验4的结果和讨论
分解率结果示于图7。如图7结果所表明的那样，在第二次或者以后的次数中，在开始时分解率约为50％，与此同时在早期时间范围内迅速增加，在时间为50分钟时达到80-90％。此后分解率稳定，在第二次或后面的情况下，稳定状态下的平均分解率为90％或以上。也就是说，已经证明，即使重复使用，本发明的光催化剂也可以显示出高活性。现在讨论在第一次(新鲜的)时分解率的变化与第二、第三、第四或者第五次时分解率的变化彼此不同的事实。我们认为，在第二次和后来的情况下，在上一次中使用的结焦物质(在第二次的情况下，是指第一次附着的焦炭)仍然保留在催化剂上，因此，当催化剂层12的温度升高时，与第一次结焦物质聚集到某种程度之后才引燃的情况相比，结焦物质在较早的时间段内引燃，这样就避免了出现分解率像第一次那样降低的情形。
如上所述，根据本发明，在催化剂的制备过程中，在氢还原过程之后进行氧化过程使得铂以非常细的晶粒形式高度分散在催化剂上，因此可以得到高效的光催化剂。此外，通过将这种光催化剂施用于可以由光源向光催化剂供以光和热的气体净化器中，促进了结焦物质的引燃，从而抑制了催化剂活性的降低，因此，可以以高的分解率分解气体中存在的挥发性有机化合物。
Claims (13)
1.一种制备光催化剂的方法，该光催化剂包括载体，在载体上负载有二氧化钛和具有显示出热催化活性性能的金属，所述方法包括：
使所述负载有二氧化钛的载体负载所述金属化合物的金属负载步骤；
在加热气氛中，在第一处理温度下用氢还原在所述金属负载步骤中被所述载体负载的所述金属化合物的还原步骤；和
在加热气氛中，在第二处理温度下氧化在所述还原步骤中通过氢还原得到的所述金属的氧化步骤。
2.根据权利要求1的方法，其中所述第二处理温度等于或者低于所述第一处理温度。
3.根据权利要求1的方法，其中所述第二处理温度范围为300℃-600℃。
4.根据权利要求1的方法，其中所述第二处理温度范围为500℃-600℃。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述还原步骤之后，在惰性气体气氛中将所述载体温度设定在所述第二处理温度的温度调节步骤。
6.根据权利要求1的方法，其中所述金属是铂，铑，钌和镍中的至少一种。
7.根据权利要求6的方法，其中铂的含量相对于光催化剂的重量为0.04wt％-0.5wt％。
8.根据权利要求1的方法，其中二氧化钛的含量相对于光催化剂的重量为10wt％或以上。
9.根据权利要求1的方法，其中所述载体是二氧化硅小球。
10.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述金属负载步骤之前，使含四异丙醇钛和异丙醇的第一处理液体渗透到所述载体中的步骤；
水解渗透到所述载体中的钛化合物以使所述载体负载二氧化钛的步骤；和
煅烧所述负载有二氧化钛的载体的步骤。
11.通过权利要求1的方法制备的光催化剂。
12.用于净化含挥发性有机化合物的气体的气体净化器，所述气体净化器包括：
装填有根据权利要求11的光催化剂的反应器；
用于光照反应器中的光催化剂的发光装置；和
用于将所述气体加料给所述光催化剂的供料与排出装置，
其中在净化所述气体时所述光催化剂的温度为100℃-200℃。
13.根据权利要求12的气体净化器，其中所述挥发性有机化合物是乙醛、甲醛、链烷烃、烯烃和芳族化合物中的至少一种。
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