TWI411468B - 異質光觸媒之製備方法 - Google Patents

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異質光觸媒之製備方法
本發明係有關於一種光觸媒及其製備方法，特別是指異質光觸媒之製備方法。
在生活環境之中，不論是日常生活用品，或是室內裝潢及家具，其製成後易殘留揮發性有機物，如乙醇及丙酮，對於人類健康會有所影響，而在處理揮發性有機物的領域上，因為光觸媒具有氧化速率快，處理效率高，能源消耗少的特性，能有效的處理揮發性有機物而被廣泛的使用。
光觸媒又以二氧化鈦、氧化鋅及氧化鋯之光觸媒最為常見，其中因為二氧化鈦具有價格低廉及較佳的光降解效率，為目前最常用之光觸媒，但是必須要使用紫外光波段約365奈米的光源才具有較佳催化活性，可是一般在日光中的紫外光能量約只佔總能量的5%，所以在日光下可催化的實際實用效率受到限制，而氧化鋅雖然其光降解效率沒有比二氧化鈦好，但卻有較長波長入射光吸收的能力，氧化鋯則具有無毒性，熱穩定性好及良好的抗靜電力。
有鑑於此，本發明人設想如果製備一種光觸媒，藉由混合不同性質的光觸媒，達到能改善光觸媒的性質，提升原本光觸媒的特性，即為本案發明的動機。
本發明之目的在於提供一種異質光觸媒之製備方法，主要是藉由形成以兩種均質光觸媒混合製備成異質光觸媒，藉由混合不同性質之光觸媒，改善其原本均質光觸媒吸收光波之波長帶，對於其近可見光波長的吸收強度有明顯的提高，並提升 原本均質光觸媒的光降解效率及增加處理速率。
為了達成前述目的，依據本發明所提供之一種異質光觸媒之製備方法，該異質光觸媒係用以處理揮發性有機物之光觸媒載體上，該異質光觸媒為二種均質光觸媒混合而成，其步驟依序包含：a.將二均質光觸媒粉體及一有機溶劑與水混合，該二光觸媒粉體為等重量之二氧化鈦與氧化鋅組成，或為等重量之二氧化鈦與氧化鋯組成；b.加水稀釋前述溶液，並加入一界面活性劑，進行超音波震盪後，摻入一載體均勻混合；c.經過烘乾後進行燒結，即可獲得該載體表面披覆一層異質光觸媒。
本發明異質光觸媒，係用以處理揮發性有機物之光觸媒載體上，該異質光觸媒為兩種均質光觸媒混合而成，其製備方法如第1圖所示，其步驟依序包含：a.將兩光觸媒粉體及一有機溶劑與水混合，該兩光觸媒粉體為等比例之重量，該有機溶劑為異丙醇或丙酮乙醯；b.加水稀釋前述溶液，並加入一界面活性劑，進行超音波震盪10分鐘後，摻入一載體均勻混合，該界面活性劑為非離子性界面活性劑，該載體為顆粒大小為300~600微米之石英砂或玻璃珠；c.經過105℃烘乾60分鐘後進行450℃燒結2小時，即獲得一層異質光觸媒披覆在載體表面上。
其中，該步驟a之兩光觸媒粉體為等重量的二氧化鈦與氧化鋅，或為等重量的二氧化鈦與氧化鋯。
以下，將藉由較佳實施例詳細說明，但是，該實施例係供闡述本發明內容之用，本發明範疇並不僅限於所揭示實施例。
本實施例二氧化鈦/氧化鋅與二氧化鈦/氧化鋯之異質光觸媒的製備方法，其步驟依序如下：a.將二氧化鈦0.25克搭配氧化鋅0.25克或者氧化鋯0.25克，和1毫升的水與0.1毫升的丙酮乙醯混合成黏稠狀溶液；b.緩慢加入1.7毫克的水進行稀釋，在加入一滴非離子性界面活性劑，為Triton® X-100(C34 H62 O11 )，並將此溶液進行超音波震盪10分鐘後，摻入大小為300~600微米之石英砂15克均勻混合；c.經過105℃烘乾60分鐘後進行450℃燒結2小時，即完成石英砂表面披覆二氧化鈦/氧化鋅或二氧化鈦/氧化鋯之異質光觸媒。
請參閱第2圖所示，為上述製備的異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋅及二氧化鈦/氧化鋯，透過紫外-可見光光譜儀進行分析，並藉由與均質光觸媒二氧化鈦、氧化鋅及氧化鋯做比較，由該圖之紫外-可見光吸收圖譜觀察得知，二氧化鈦加入氧化鋅，確實產生虹移效果，使波長為380奈米的吸收強度從原本均質光觸媒二氧化鈦的0.7提升至製備為異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋅的1.0，而在均質光觸媒二氧化鈦與氧化鋯混合產生異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋯，也有產生較好的吸收強度，在波長為380奈米從原本的均質光觸媒氧化鋯的0.2提升到異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋯的0.6左右，所以，在均質光觸媒做混合製備產生異質光觸媒後，確實能有效改變其吸收光波之性質，產生一定的虹移現象。
另外，本發明利用室內環境中常見之揮發性有機物，乙醇及丙酮，進行光觸媒的降解效率測試，分別以200、400、600、800ppm的入流濃度，在在停留時間為40、20、15、10秒下，以連續式進行反應，再以氣相層析儀(GC-FID)進行分析，請參閱第3a、3b、3c、3d、3e圖所示，可以得知均質光觸媒氧化鋅及氧化鋯在降解揮發性有機物時，其處理效率雖然沒有均質光觸媒二氧化鈦來的好，但加入二氧化鈦混合成異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋯及二氧化鈦/氧化鋅時，是可以提升其降解效率。
而本發明屬於假二階動力學，求取的反應速度常數如上表1所示，其單位為克‧分鐘-1 ‧毫克-1 (gmin-1 mg-1 )，結果顯示在低濃度或高濃度之乙醇是以異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋅有較佳之處理速度，而在丙酮是以均質光觸媒氧化鋯在低濃度時之處理速度最佳，而在高濃度是以二氧化鈦/氧化鋅為最佳，所以，均質光觸媒經過混合製備成異質光觸媒，其是可以增加處理速率。
因此，本發明藉由將均質光觸媒混合燒結而形成異質光觸媒，確實有改善光觸媒的性質，對於其近可見光波長的吸 收強度有明顯的提高，且能有效的提升其降解效率，並增加處理速率。
第1圖 本發明異質光觸媒之製備流程圖。
第2圖 均質光觸媒與異質光觸媒之紫外-可見光光譜儀之吸收圖譜。
第3a圖 使用均質光觸媒二氧化鈦降解不同進流濃度之乙醇與丙酮之降解效率。
第3b圖 使用均質光觸媒氧化鋅降解不同進流濃度之乙醇與丙酮之降解效率。
第3c圖 使用均質光觸媒氧化鋯降解不同進流濃度之乙醇與丙酮之降解效率。
第3d圖 使用異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋅降解不同進流濃度之乙醇與丙酮之降解效率。
第3e圖 使用異質光觸媒二氧化鈦/氧化鋯降解不同進流濃度之乙醇與丙酮之降解效率。

Claims (10)

  1. 一種異質光觸媒之製備方法，該異質光觸媒係用以處理揮發性有機物之光觸媒載體上，該異質光觸媒為二種均質光觸媒混合而成，其製備步驟包含：a.將二均質光觸媒粉體及一有機溶劑與水混合，該二光觸媒粉體為等重量之二氧化鈦與氧化鋅組成，或為等重量之二氧化鈦與氧化鋯組成；b.加水稀釋前述溶液，並加入一界面活性劑，進行超音波震盪後，摻入一載體均勻混合；c.經過烘乾後進行燒結，即可獲得該載體表面披覆一層異質光觸媒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該步驟a的二均質光觸媒為0.25克的二氧化鈦與0.25克的氧化鋅組成，並和1毫升的水與0.1毫升的丙酮乙醯混合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該步驟a的二均質光觸媒為0.25克的二氧化鈦與0.25克的氧化鋯組成，並和1毫升的水與0.1毫升的丙酮乙醯混合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該步驟a的有機溶劑為異丙醇或丙酮乙醯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該步驟b的界面活性劑為非離子性界面活性劑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該步驟b的超音波震盪時間為10分鐘。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方 法，其中，該步驟b的載體為石英砂或玻璃珠。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該石英砂之顆粒大小為300~600微米。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該步驟c的烘乾係於105℃進行60分鐘。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的一種異質光觸媒之製備方法，其中，該步驟c的燒結係於450℃進行2小時。
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