CN202844878U

CN202844878U - 一种可见光光催化净化结构

Info

Publication number: CN202844878U
Application number: CN201220435333.3U
Authority: CN
Inventors: 刘心娟; 潘丽坤; 孙卓; 张哲娟
Original assignee: SUZHOU JINGNENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU JINGNENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-08-30

Abstract

一种可见光光催化净化结构，所述可见光光催化结构包括基体和附着于基体表面的具有下转换功能的可见光光催化薄膜，所述基体与所述光催化薄膜之间设有改性层。本实用新型公开的一种可见光光催化净化结构，具有下转换功能的可见光光催化薄膜附着在室内窗户玻璃、LED灯管或外罩、墙面或装潢板上，在太阳光或灯照射下，可以起到净化室内空气的作用，改性层可以增强光催化薄膜的催化功能，具有较高的可见光催化降解率、无污染、制备方法简单、成本较低、结合好不易脱落等优点。

Description

一种可见光光催化净化结构

技术领域

本实用新型涉及一种覆膜结构，具体涉及一种附着具有下转换功能的可见光光催化薄膜的光催化净化结构。

背景技术

随着工业的发展，环境问题的日益突出，寻求能有效去除污染物的方法已是迫在眉睫的急切任务，引起各国政府和人们的高度重视。在环境有害气体方面，室内有害气体如装饰材料等释放出的甲醛以及生活环境中产生的甲硫醇等挥发性污染物，即使很少量也能使人产生不适感，并严重影响人的身体健康。因此，找到能有效去除空气中污染物的方法已是迫在眉睫的急切任务。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种可见光光催化净化结构，能有效去除空气中污染物，起到净化室内空气的作用。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种可见光光催化净化结构，所述可见光光催化结构包括基体和附着于基体表面的具有下转换功能的可见光光催化薄膜，其特征在于，所述基体与所述光催化薄膜之间设有改性层。

优选的，所述改性层为Au、Ag、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种混合涂层。

优选的，所述可见光光催化薄膜的厚度为0.1~20 μm。

优选的，所述基体为室内窗户玻璃或灯罩或装潢板或墙面。

采用以上技术方案的有益效果是：将可见光光催化剂与基体结合起来，将可见光光催化薄膜附着于室内窗户玻璃、LED灯管或外罩、墙面或装潢板上，在太阳光或灯照射下，可以起到净化室内空气的作用，改性层可以增强光催化薄膜的催化功能，具有光催化降解率高、无污染、制备方法简单、成本低、结合好不易脱落等优点，有利于光催化的规模化应用和普及化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本发明实施例1的光催化效率图；

图3为本发明实施例2的光催化效率图；

图4为本发明实施例3的光催化效率图；

图5为本发明实施例4的光催化效率图；

图6为本发明实施例5的光催化效率图。

图中数字所表示的相应部件名称：

1、基体 2、改性层 3、可见光光催化薄膜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种可见光光催化净化结构，如图1所示，可见光光催化结构包括基体1和附着于基体1表面的具有下转换功能的可见光光催化薄膜3，基体1与光催化薄膜3之间设有改性层2。

所述改性层为Au、Ag、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种混合涂层。

所述可见光光催化薄膜的厚度为0.1~20 μm。

所述基体为室内窗户玻璃或灯罩或装潢板或墙面。

附着于基体上的可见光光催化薄膜具有下转换功能，由下转换材料和半导体材料按照一定的配比复合而成，所述下转换材料和半导体材料的质量比为0.5%~5%。

所述半导体材料为ZnO、TiO₂、SnO₂、ZrO₂、Co₃O₄、Fe₃O₄、La₂O₃、Ni(OH)₂、In₂TiO₅、BiOCl、BiOF、BiPO₄、CdMoO₄、CdWO₄、La₂Sn₂O₇、La₂Ti₂O₇、LaCoO₃、PbMoO₄、PbSb₂O₆、PbWO₄、Sr₂Ta₂O₇、SrTiO₃、SrWO₄、ZnMoO₄、ZnSb₂O₆、ZnWO₄、 WO₃、Cu₂O、In₂O₃、ZnS、CdS、CdSe、Bi₂O₃、BiOI、BiVO₄、BiWO₄、Bi₂MoO₆、InVO₄、InNbO₄、Ag₃PO₄、AgCl、AgBr、AgI、MoO₃、MoS₂中的一种或几种。

所述下转换材料包括石榴石结构荧光粉、非石榴石结构氧化物荧光粉、硫化物荧光粉、氮化物和氧氮荧光粉中的一种或几种。

所述石榴石结构荧光粉为Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、 Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、Lu₂CaMg₂(Si,Ge)₃O₁₂:Ce³⁺、Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺中的一种或几种；所述非石榴石结构氧化物荧光粉为Sr₂SiO₄:Eu²⁺、LiSrPO₄:Eu²⁺、Sr₃SiO₅:Eu²⁺、Sr₃SiO₅:Ce³⁺,Li⁺、Li₂SrSiO₄:Eu²⁺、 LaSr₂AlO₅:Ce³⁺、 Ca₂BO₃Cl:Eu²⁺、Sr₃(Al₂O₅)C_l2:Eu²⁺中的一种或几种；所述硫化物荧光粉为CaS:Eu²⁺、SrS:Eu²⁺ Ce³⁺、Ca₂SiS₄:Eu²⁺、Y₂O₂S:Eu²⁺、 (Ca,Sr)S:Eu²⁺中的一种或几种；所述氮化物和氧氮荧光粉为MSi₂O₂N₂:Eu²⁺、Ba₃Si₆O₁₂N₂:Eu²⁺、SrSi₅AlO₂N₇:Eu²⁺、SrSiAl₂O₃N₂:Eu²⁺、CaAlSiN₃:Eu²⁺、M₂Si₅N₈:Eu²⁺、MSiN₂:Eu²⁺中的一种或几种,其中M=Ca,Sr,Ba 。

一种可见光光催化薄膜附着于载体上的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）制备具有下转换功能的可见光光催化剂，所述制备方法包括以下步骤：（a）根据下转换材料和半导体材料的质量比为0.5%~5%的配比，称量各组分；（b）将称量好的物料加入到10-20 ml 的 0.05-0.2 mol/l的盐溶液中，将溶液放入35 ml的微波管里，25-35℃下搅拌0.5-1小时，使得溶液均匀；（c）滴加Na(OH)2溶液，使得溶液的pH值在7-9之间，室温25-35℃下搅拌0.5-1小时；（d）将搅拌好的溶液放入微波反应合成仪里，在温度110-160℃和功率80-150 W条件下，反应10-30分钟后得到复合光催化剂；

（2）称量1-2 g上述制备好的物料加入到研钵中，研磨20-60分钟；

（3）将松油醇和乙基纤维素（质量比：1:0.1）逐滴加入研钵中，研磨2-4小时，得到浆料;

（4）在载体上涂覆一层改性材料；

（5）将浆料用丝网印刷的方法，均匀涂在载体上，然后在空气气氛中进行加热处理，其热处理温度为300-500℃，时间为1-2小时，得到薄膜。

实施例1

采用Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺与ZnO的复合可见光催化剂。

1）光催化剂的制备

将一定量的Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺加入到20 ml 的0.1 mol/l的ZnSO₄溶液中，将溶液放入35 ml的微波管里，室温下搅拌半小时，使得溶液均匀。然后滴加Na(OH)₂溶液，使得溶液的pH=9，室温下搅拌1小时，然后放入微波反应合成仪里，在温度 150℃和功率100 W条件下，反应10分钟后得到四种ZnO-Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺复合光催化剂。将Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺与ZnO的质量比为：0.5%、1%、3%和5%的复合光催化剂分别被命名为：ZY-0.5、ZY-1、ZY-3和ZY-5。

2）光催化薄膜的涂装

取1g的ZnO-Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺复合光催化剂放入研钵中，研磨30分钟，将松油醇和乙基纤维素（质量比：1:0.1）逐滴加入到研钵中，研磨3小时，制备成ZnO-Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺复合光催化剂浆料。在窗户玻璃上先涂覆一层石墨烯涂层，晾干后将浆料用丝网印刷的方法，均匀涂在窗户玻璃上，然后在空气气氛中进行加热处理，其热处理温度为500 oC，时间为1小时，得到ZnO-Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺复合光催化剂薄膜。

3）光催化实验

将制备好的ZnO-Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺复合光催化剂玻璃薄膜放入浓度为10 ppm的甲醛容器中，在风扇转动的条件下，暗反应30分钟后，打开金卤灯光源（390-800纳米），进行光催化反应。每隔一段时间取一定量的甲醛，用甲醛检测仪进行测试。实验结果见图2。

如图2所示，横坐标表示照射时间，纵坐标表示甲醛气体归一化的浓度），图中显示了ZnO- ZnO-Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺复合光催化剂玻璃薄膜去除甲醛的效果，当ZnO-Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺与ZnO质量比为3%时（复合光催化剂为ZY-3），对甲醛的降解率最高，为96%。

实施例2

采用SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺ 与ZnWO₄-Au的复合可见光催化剂。

1）光催化剂的制备

将一定量的SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺和HAuCl₄加入到10 ml的0.05 mol/l的Na₂WO₄溶液中，将溶液放入35 ml的微波管里，室温下搅拌半小时，使得溶液均匀。然后将10 ml的 0.05 mol/l的ZnSO₄溶液滴加在上述溶液中，在室温下搅拌半小时，滴加Na(OH)₂溶液，使得溶液的pH=7，室温下搅拌1小时，然后放入微波反应合成仪里，在温度150℃和功率100 W条件下，反应10分钟后得到ZnWO₄-Au-SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺复合光催化剂。 Au与ZnWO₄的质量比0.5%的复合光催化剂被命名为ZAS-0。SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺与ZnWO₄的质量比为：0.5%、1%和2%的复合光催化剂分别被命名为：ZAS-0.5、ZAS-1和ZAS-2。

2）光催化薄膜的涂装

取1g的ZnWO₄-Au-SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺复合光催化剂放入研钵中，研磨30分钟，将松油醇和乙基纤维素（质量比：1:0.1）逐滴加入到研钵中，研磨3小时，制备成ZnWO₄-Au-SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺复合光催化剂浆料。在室内灯的外罩上先涂覆一层碳管涂层，晾干后将浆料用丝网印刷的方法，均匀涂在室内灯的外罩上，然后在空气气氛中进行加热处理，其热处理温度为500 oC，时间为1小时，得到ZnWO₄-Au-SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺复合光催化剂薄膜。

3）光催化实验

将涂了光催化剂的灯放入浓度为10 ppm的的乙醛容器中，在风扇转动的条件下，暗反应30分钟后，打开灯，进行光催化反应。每隔一段时间取一定量的乙醛，用气相色谱仪进行测试。实验结果见图3。

如图3所示，横坐标表示照射时间，纵坐标表示乙醛气体归一化的浓度），图中显示了涂了光催化剂的灯去除乙醛的不同效果，当SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺占ZnWO₄质量比为1%时（复合光催化剂为ZAS-1），对乙醛的降解率最高，为95%。

实施例3

采用LiSrPO₄: Eu²⁺与Bi₂MoO₆-graphene的复合可见光催化剂。

1）光催化剂的制备

将一定量的LiSrPO₄: Eu²⁺和氧化石墨加入到10 ml的 0.025 mol/l的Na₂MoO₄溶液中，将溶液放入35 ml的微波管里，室温下搅拌半小时，使得溶液均匀。然后将10 ml的0.05 mol/l的Bi(NO₃)₃溶液滴加在上述溶液中，在室温下搅拌半小时，滴加Na(OH)₂溶液，使得溶液的pH=7，室温下搅拌1小时，然后放入微波反应合成仪里，在温度150℃和功率100 W条件下，反应10分钟后得到Bi₂MoO₆-graphene-LiSrPO₄: Eu²⁺复合光催化剂。Graphene 与Bi₂MoO₆的质量比为1%的复合光催化剂被命名为BRL-0。LiSrPO₄: Eu²⁺与Bi₂MoO₆的质量比为： 0.25%、0.5%和1%的复合光催化剂分别被命名为：BRL-0.25、BRL-0.5和BRL-1。

2）光催化薄膜的涂装

取1g的Bi₂MoO₆-graphene-LiSrPO₄复合光催化剂放入研钵中，研磨30分钟，将松油醇和乙基纤维素（质量比：1:0.1）逐滴加入到研钵中，研磨3小时，制备成Bi₂MoO₆-graphene-LiSrPO₄复合光催化剂浆料。在容器的墙面上先涂覆一层银涂层，晾干后将浆料均匀涂在容器的墙面上，然后在空气气氛中进行加热处理，其热处理温度为500 oC，时间为1小时，得到Bi₂MoO₆-graphene-LiSrPO₄复合光催化剂薄膜。

3）光催化实验

将浓度为10 ppm的的环己烷放入容器中，在风扇转动的条件下，暗反应30分钟后，打开金卤灯光源（390-800纳米），进行光催化反应。每隔一段时间取一定量的环己烷，用气相色谱仪进行测试。实验结果见图4。

如图4所示，横坐标表示照射时间，纵坐标表示环己烷气体归一化的浓度），图中显示了去除环己烷的不同效果，当LiSrPO₄: Eu²⁺占Bi₂MoO₆质量比为0.5%时（复合光催化剂为BRL-0.5），对环己烷的降解率最高，为94%。

实施例4

采用Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ 与SnO₂的复合可见光催化剂。

1）光催化剂的制备

将一定量的Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺加入到20 ml 的0.1 mol/l的SnCl₄溶液中，将溶液放入35 ml的微波管里，室温下搅拌半小时，使得溶液均匀。然后滴加Na(OH)₂溶液，使得溶液的pH=7，室温下搅拌1小时，然后放入微波反应合成仪里，在温度150℃和功率100 W条件下，反应10分钟后得到SnO₂-Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺复合光催化剂。Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺与SnO₂的质量比为：0.5%、1%和2%的复合光催化剂分别被命名为：SS-0.5、SS-1和SS-2。

2）光催化薄膜的涂装

取1g的SnO₂-Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺复合光催化剂放入研钵中，研磨30分钟，将松油醇和乙基纤维素（质量比：1:0.1）逐滴加入到研钵中，研磨3小时，制备成SnO₂-Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺复合光催化剂浆料。在装潢板上先涂覆一层金涂层，晾干后将浆料用丝网印刷的方法，均匀涂在装潢板上，然后在空气气氛中进行加热处理，其热处理温度为200 oC，时间为1小时，得到SnO₂-Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺复合光催化剂薄膜。

3）光催化实验

将制备好的SnO₂-Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺复合光催化剂装潢板薄膜放入浓度为10 ppm的一氧化碳容器中，在风扇转动的条件下，暗反应30分钟后，打开金卤灯光源（390-800纳米），进行光催化反应。每隔一段时间取一定量的一氧化碳，用气相色谱仪进行测试。实验结果见图5。

如图5所示，横坐标表示照射时间，纵坐标表示一氧化碳气体归一化的浓度），图中显示了SnO₂-Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺复合光催化剂装潢板薄膜去除一氧化碳的不同效果，当Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺占SnO₂质量比为1%时（复合光催化剂为SS-1），对一氧化碳的降解率最高，为92%。

实施例5

采用Sr₃SiO₅:Eu²⁺ 与TiO₂-CNTs的复合可见光催化剂。

1）光催化剂的制备

先取4 ml 钛酸丁酯逐滴滴加在10 ml无水乙醇溶液中形成A溶液，将一定量的CNTs和Sr₃SiO₅:Eu²⁺分散在2 ml 蒸馏水、5 ml 冰醋酸和7 ml 无水乙醇的混合溶液中形成B溶液。然后B溶液逐滴滴加在A溶液中，常温下搅拌4小时，得到 TiO₂-CNTs-Sr₃SiO₅:Eu²⁺的溶胶。CNTs与TiO₂的质量比为1%的复合光催化剂被命名为 TCS-0。Sr₃SiO₅:Eu²⁺与TiO₂的质量比为： 1%、3%和5%的复合光催化剂分别被命名为： TCS-1、TCS-3和TCS-5。

2）光催化薄膜的涂装

在LED灯的外罩上先涂覆一层石墨烯涂层，晾干后将LED灯的外罩侵泡在TiO₂-CNTs-Sr₃SiO₅:Eu²⁺的溶胶中，用提拉法在LED灯的外罩上形成一层光催化剂薄膜，其提拉速度为30 mm/s。最后在空气气氛中进行加热处理，其热处理温度为500℃，时间为1小时，得到TiO₂-CNTs-Sr₃SiO₅:Eu²⁺复合光催化剂薄膜。

3）光催化实验

将制备好的LED灯放入浓度为10 ppm的的甲苯容器中，在风扇转动的条件下，暗反应30分钟后，打开金卤灯光源（390-800纳米），进行光催化反应。每隔一段时间取一定量的甲苯，用非甲烷碳氢化合物分析仪进行测试。实验结果见图6。

如图6，横坐标表示照射时间，纵坐标表示甲苯气体归一化的浓度），图中显示了LED灯去除甲苯的不同效果，当Sr₃SiO₅:Eu²⁺占TiO₂质量比为3%时（复合光催化剂为TCS-3），对甲苯的降解率最高，为92%。

具体实施中还可采用水浴化学反应法、喷雾热解法、静电纺丝法或超声反应合成法制备所述的可见光光催化剂，采用旋涂法、喷涂法、化学浴沉积法、浸泡法、提拉法等制备所述的可见光光催化剂薄膜，采用所例举实施例中微波反应合成法和丝网印刷法为实施效果最优。

从上述技术方案可以看出，本实用新型公开的一种可见光光催化净化结构，具有下转换功能的可见光光催化薄膜附着在室内窗户玻璃、LED灯管或外罩、墙面或装潢板上，在太阳光或LED灯照射下，可以起到净化室内空气的作用，改性层可以增强光催化薄膜的催化功能，具有较高的可见光催化降解率、无污染、制备方法简单、成本较低、结合好不易脱落等优点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种可见光光催化净化结构，所述可见光光催化结构包括基体和附着于基体表面的具有下转换功能的可见光光催化薄膜，其特征在于，所述基体与所述可见光光催化薄膜之间设有改性层。

2.根据权利要求1所述的可见光光催化结构，其特征在于，所述改性层为Au、Ag、石墨烯、碳纳米管中的一种涂层。

3.根据权利要求2所述的可见光光催化结构，其特征在于，所述可见光光催化薄膜的厚度为0.1~20 μm。

4.根据权利要求3所述的可见光光催化结构，其特征在于，所述基体为室内窗户玻璃或灯罩或装潢板或墙面。