TWI549750B - 複合光觸媒、其製造方法、包含複合光觸媒的套組、及殺菌用光觸媒 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光觸媒，且特別是有關於一種複合光觸媒、其製造方法、包含複合光觸媒的套組、及殺菌用光觸媒。
水資源匱乏為人類於21世紀面臨的十大問題之一，其中，汙水的回收利用被認為是解決水資源問題的其中一個手段。然而，汙水的回收需要有效的汙水處理方法。一般而言，汙水處理方法大致可分為物理性、化學性及生物性三大類。傳統廢水處理技術例如有活性碳吸附法、化學氧化法、生物處理法、離子交換與薄膜法等。於產業應用方面，常見為化學氧化處理方式，根據所使用之氧化劑種類，通常可分為空氣氧化法、臭氧氧化法、藥劑氧化法及高級氧化法等四類，其中，高級氧化法因具有反應快速、不受污染物濃度限制等優點，為近年來最受產業界及學術界矚目之水處理方式，其處理程序主要是利用產生具有高氧化能力之氫氧自由基來氧化有機物，以達成去除汙染物之效果。
然而，目前產業界常用之高級氧化法，如芬頓（Fenton）法、臭氧氧化法、高效率電解氧化法、濕式氧化法、使用二氧化鈦（TiO
2）之光氧化法等皆有其缺點，例如芬頓法會產生鐵汙泥造成環境污染且回收不易，而TiO
2僅吸收紫外光範圍波長進行作用，無法利用一般光源會受照射光波長之限制等，導致實際應用上仍有諸多限制而成效不彰。
因此，本發明提供一種複合光觸媒，其能夠快速處理污染物，且可方便快速地回收而不會污染環境，也不會如傳統光觸媒產生污泥。並且，本發明之複合光觸媒可以吸收可見光範圍波長產生良好的觸媒催化功效，快速分解含碳、氫與氧的有機污染物。其穩定性高、操作簡單且成本低廉，並且可以回收反覆使用，無二次污染之虞。
本發明實施例提供一種複合光觸媒，所述複合光觸媒包括鉑奈米粒子以及光觸媒奈米粒子。其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式（1）表示的化合物： A
2+(B
3+)
2X
4化學式（1） 其中，A
2+表示Zn
2+、Sn
2+、Cu
2+、Fe
2+、Mn
2+、Ni
2+、Co
2+或Ag
2 2+，B
3+表示Fe
3+、Mn
3+或Cr
3+，X表示O
2-，所述複合光觸媒吸收可見光範圍波長，而光催化分解、裂解含碳、氫與氧的有機物質。
本發明實施例提供一種複合光觸媒的製造方法，至少包含將含有光觸媒奈米粒子的第一溶液與含有鉑奈米粒子的第二溶液混合。其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式（1）表示的化合物： A
2+(B
3+)
2X
4化學式（1） 其中，A
2+表示Zn
2+、Sn
2+、Cu
2+、Fe
2+、Mn
2+、Ni
2+、Co
2+或Ag
2 2+，B
3+表示Fe
3+、Mn
3+或Cr
3+，X表示O
2-。
本發明實施例提供一種汙水處理套組，所述汙水處理套組包括前述的複合光觸媒以及活性氧化合物。
本發明實施例提供一種固體廢棄物處理套組，所述廢棄物處理套組包括光觸媒。所述光觸媒為包括鉑奈米粒子以及光觸媒奈米粒子的複合光觸媒或所述光觸媒為光觸媒奈米粒子，所述光觸媒吸收可見光範圍波長，而光催化分解、裂解含碳、氫與氧的有機物質。其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式（1）表示的化合物： A
2+(B
3+)
2X
4化學式（1） 其中，A
2+表示Zn
2+、Sn
2+、Cu
2+、Fe
2+、Mn
2+、Ni
2+、Co
2+或Ag
2 2+，B
3+表示Fe
3+、Mn
3+或Cr
3+，X表示O
2-。
本發明實施例提供一種空氣處理套組，所述空氣處理套組包括光觸媒。所述光觸媒為包括鉑奈米粒子以及光觸媒奈米粒子的複合光觸媒或所述光觸媒為光觸媒奈米粒子，所述光觸媒吸收可見光範圍波長，而光催化分解、裂解含碳、氫與氧的有機物質。其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式（1）表示的化合物： A
2+(B
3+)
2X
4化學式（1） 其中，A
2+表示Zn
2+、Sn
2+、Cu
2+、Fe
2+、Mn
2+、Ni
2+、Co
2+或Ag
2 2+，B
3+表示Fe
3+、Mn
3+或Cr
3+，X表示O
2-。
本發明實施例提供一種殺菌用光觸媒，所述殺菌用光觸媒為包括鉑奈米粒子以及光觸媒奈米粒子的複合光觸媒或所述光觸媒為光觸媒奈米粒子，其中，所述光觸媒奈米粒子包含Ag
2Fe
2O
4。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在本發明中，選擇添加鉑（Pt）奈米粒子來修飾可吸收可見光而產生催化功效的光觸媒奈米粒子，而得到複合光觸媒。本發明的複合光觸媒能夠在快速處理污染物的同時不產生額外廢棄物，並且吸收可見光範圍波長而具有極佳的光催化分解含碳、氫與氧的有機物之降解功效。
複合光觸媒的製造
本發明提供一種複合光觸媒，其包括光觸媒奈米粒子以及鉑奈米粒子。複合光觸媒的製造方法包括將含有光觸媒奈米粒子的第一溶液與含有鉑奈米粒子的第二溶液混合。其中，所述第二溶液中所述鉑與所述第一溶液中所述光觸媒奈米粒子的所述A的莫耳比率為0.01:1至0.2:1。
所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式（1）表示的化合物。 A
2+(B
3+)
2X
4化學式（1） 化學式（1）中，A
2+表示Zn
2+、Sn
2+、Cu
2+、Fe
2+、Mn
2+、Ni
2+、Co
2+或Ag
2 2+，B
3+表示Fe
3+、Mn
3+或Cr
3+，X表示O
2-。其中，當A
2+為Fe
2+且B
3+為Fe
3+時，所述化合物為Fe
3O
4；當A
2+為Mn
2+且B
3+為Mn
3+時，所述化合物為Mn
3O
4。
根據本發明實施例，較佳情況前述化學式（1）化合物是具有尖晶石晶體結構（spinel structure）之化合物，所謂尖晶石晶體結構包括正尖晶石結構（normal spinel structure）或反尖晶石結構（inverse spinel structure）。
根據本發明實施例，較佳情況是A及/或B為磁性元素時，所述光觸媒奈米粒子具有鐵磁性，如此一來，可藉由磁鐵吸附收集而使複合光觸媒可被重複使用。所述磁鐵例如為永久磁鐵或電磁鐵。
在本發明一實施例中，A
2+表示Zn
2+，B
3+表示Fe
3+。
在本發明另一實施例中，A
2+表示Ag
2 2+，B
3+表示Fe
3+。
所述光觸媒奈米粒子的製備方法包括將第一金屬前驅物及第二金屬前驅物溶於第一溶劑以形成前驅物溶液，其中，所述第一金屬前驅物中的第一金屬包括Zn、Sn、Cu、Fe、Mn、Ni、Co或Ag，所述第二金屬前驅物中的第二金屬包括Fe、Mn或Cr。在本發明一實施例中，所述第一金屬為Zn，並且所述第一金屬前驅物為Zn(ClO
4)
2；所述第二金屬為Fe，並且所述第二金屬前驅物為三價鐵化合物。所述三價鐵化合物例如為Fe(NO)
3。在本發明另一實施例中，所述第一金屬為Ag，並且所述第一金屬前驅物為AgNO
3；所述第二金屬為Fe，並且所述第二金屬前驅物為三價鐵化合物。所述三價鐵化合物例如為Fe(NO)
3。
接著，將第二溶劑加入所述前驅物溶液並均勻混合以形成第一混合溶液，其中，所述第二溶劑與所述第一溶劑互溶。其後，將第三溶劑加入所述第一混合溶液以形成分層溶液，其中，所述第三溶劑與所述第二溶劑不互溶，且所述第三溶劑與所述第一溶劑的親合性大於所述第二溶劑與所述第一溶劑的親合性。在本發明一實施例中，於所述分層溶液中，所述第三溶劑位於上層，且所述第一混合溶液位於下層。
接著攪拌所述分層溶液，使所述第一混合溶液中的所述前驅物溶液溶至所述第三溶劑而形成含有光觸媒奈米粒子的第二混合溶液。其後離心所述第二混合溶液，而得到光觸媒奈米粒子。
光觸媒奈米粒子的製備例
製備例1至5
參照下列表1的濃度製備做為有機相的Zn(ClO
4)
2溶液與做為水相的NaOH溶液。分別將濃度為0.0472M、0.0236M、0.0118M的Zn(ClO
4)
2溶液搭配不同濃度而濃度為0.4M、0.8M、2.0M的NaOH溶液來製備光觸媒奈米粒子之製備例1至5的樣品。將Zn(ClO
4)
2及Fe(NO)
3溶解於22.5ml乙醇中，其中，Zn離子與Fe離子之莫耳比為1：2。將3.75 ml之溶有Zn(ClO
4)
2及Fe(NO)
3的乙醇溶液加入3.75 ml的氯仿中，製備有機相；並將NaOH溶解於22.5 ml的蒸餾水中，製備水相。接著，將水相沿容器內壁滴入有機相中，以形成分層的界面反應系統（interfacial reaction system）。在所述界面反應系統中，水相位於上層，有機相位於下層。使所述界面反應系統於室溫下一面攪拌一面反應30分鐘。反應結束後，取出上層溶液，離心所述上層溶液以取得沉澱物。接著，以適量乙醇與去離子水重複清洗並離心該沉澱物，並確認pH值為7，最後以80℃烘乾所得之產物過夜，而得到ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子。各製備例所製備之光觸媒奈米粒子係以穿隧式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM)分析其粒徑及晶體特徵。各製備例中使用的Zn(ClO
4)
2濃度與NaOH濃度，以及所得的ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子的粒徑如表1所示。圖1顯示製備例5所製備的光觸媒奈米粒子的TEM影像，可觀察到其粒徑約在1.8-2.0 nm之間。ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子的粒徑也可以X光繞射分析光譜（X-ray Diffraction，XRD）來測定。前述製備例1至5的XRD測定結果如圖2（a）至圖2（d）所示。
前述製備例以ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子為例，但本發明之光觸媒奈米粒子並不限於此，如前所述本發明之光觸媒奈米粒子可為任意具有尖晶石結構之光觸媒奈米粒子，而本發明所指光觸媒奈米粒子的粒徑一般為1至10 nm。
光觸媒奈米粒子對有機汙染物的降解能力
本發明進一步對製備例1至5對有機汙染物的降解能力進行評價，其中，對製備例1至5在黑暗中以及光照下的降解能力分別進行評價。具體而言，準備製備例1至5的樣品溶液，所述樣品溶液含有：1.27×10
-4M光觸媒奈米粒子、2.5 M作為活性氧化合物的過氧化氫（H
2O
2）以及濃度1.2 ppm作為模擬汙染物的若丹明B（rhodamine B，RhB）。接著，檢測各樣品溶液中RhB濃度隨時間之變化，並以檢測時間作為橫軸，ln(C
0/C)（C
0：RhB的初始濃度，C：RhB於檢測時的濃度）作為縱軸作圖，得到斜率為反應速率常數（K
app）。製備例1至5在黑暗中以及光照下的ln(C
0/C)-時間圖分別如圖3（a）與圖3（b）所示。在檢測製備例1至5在光照下的降解能力時，以模擬太陽光源（AM1.5G solar simulator，YAMASHITA DENSO，YSS-E40；照射能量：100 mW/cm
2）照射製備例1至5的樣品溶液。製備例1至5在黑暗中以及光照下降解RhB之反應速率常數（K
app）如表1所示。
如圖3（b）所示，於模擬太陽光源之照射下，製備例之樣品1至5對RhB之光降解功效遠高於黑暗中樣品之光降解功效，並顯示由本發明所製備光觸媒奈米粒子對於RhB有極佳之光降解功效。
[表1]
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td> </td><td> 製備例1 </td><td> 製備例2 </td><td> 製備例3 </td><td> 製備例4 </td><td> 製備例5 </td></tr><tr><td> Zn(ClO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>濃度（M） </td><td> 0.0472 </td><td> 0.0236 </td><td> 0.0118 </td><td> 0.0118 </td><td> 0.0118 </td></tr><tr><td> NaOH濃度（M） </td><td> 0.4 </td><td> 0.4 </td><td> 0.4 </td><td> 0.8 </td><td> 2.0 </td></tr><tr><td> 粒徑大小（nm） </td><td> 5.5 </td><td> 4.5 </td><td> 4.1 </td><td> 3.3 </td><td> 1.8 </td></tr><tr><td> 能隙（eV） </td><td> 2.43 </td><td> 2.48 </td><td> 2.50 </td><td> 2.53 </td><td> 2.60 </td></tr><tr><td> 對有機汙染物的降解能力（黑暗中）（K<sub>app</sub>，min<sup>-1</sup>） </td><td> 0.016 </td><td> 0.023 </td><td> 0.027 </td><td> 0.032 </td><td> 0.049 </td></tr><tr><td> 對有機汙染物的降解能力（光照下）（K<sub>app</sub>，min<sup>-1</sup>） </td><td> 0.085 </td><td> 0.090 </td><td> 0.104 </td><td> 0.137 </td><td> 0.150 </td></tr></TBODY></TABLE>
鉑奈米粒子的製備
鉑奈米粒子是利用多元醇法（polyol process）製備。具體而言，將H
2Cl
6Pt溶解於水與乙二醇的混合溶液中（水：乙二醇=1：1（v/v）），製備前驅物溶液。接著，將所述前驅物溶液在油浴中一面攪拌一面加熱，並將溫度保持在125℃1小時。加熱結束後，繼續攪拌溶液2小時，以獲得鉑奈米粒子懸浮液。接著，以1M氫氧化鈉水溶液將鉑奈米粒子懸浮液的pH值調整至7。鉑奈米粒子的粒徑一般為2至3 nm。其中，鉑奈米粒子的粒徑以穿隧式電子顯微鏡(TEM)分析其粒徑及晶體特徵，並以X光繞射分析光譜測定。圖4顯示鉑奈米粒子的TEM影像，可觀察到其粒徑約在2.0-2.5 nm之間。
複合光觸媒的製備與實施例1-3
實施例1-3
複合光觸媒是藉由將鉑奈米粒子與光觸媒奈米粒子以適當的莫耳比例於溶液中混合而製備得到。以Pt/ZnFe
2O
4複合光觸媒為例，具體而言，首先，將ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子分散於蒸餾水中，製備ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子懸浮液。接著，將pH值調整為7的鉑奈米粒子懸浮液加入ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子懸浮液中，在25℃下用振盪器（shaker）以200 rpm振盪30分鐘。其後，離心混合溶液，並以適量水與適量乙醇重複清洗並離心該沉澱物，最後以80℃烘乾所得之產物過夜，而得到複合光觸媒。實施例1-3乃是以不同的莫耳比例混和鉑奈米粒子與ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子所製備。各實施例中使用的ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子與Pt對Zn的莫耳比率如表2所示。
圖5是實施例2所得到的複合光觸媒的TEM影像，可觀察到鉑奈米粒子與ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子確實有相互均勻吸附且聚集成團。
[表2]
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0003"><TBODY><tr><td> </td><td> 實施例1 </td><td> 實施例2 </td><td> 實施例3 </td></tr><tr><td> ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>光觸媒奈米粒子 </td><td> 製備例5 </td><td> 製備例5 </td><td> 製備例5 </td></tr><tr><td> Pt對Zn的莫耳比率（%） </td><td> 2 </td><td> 6 </td><td> 10 </td></tr></TBODY></TABLE>
複合光觸媒的性質
複合光觸媒的磁性
圖6顯示複合光觸媒磁性的實驗結果。其中，ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子懸浮液本身呈現淡黃色，而鉑奈米粒子懸浮液本身呈現淡棕黑色，由於鉑奈米粒子並不具磁性，不會被磁鐵吸引。但是根據實施例2所製備的複合光觸媒溶液如圖6所示會呈現淡棕色，其經15秒之磁鐵作用吸引後，懸浮於溶液中的複合光觸媒會被磁鐵所吸引而逐漸吸附至燒杯靠近磁鐵的側壁，使溶液顏色轉淡。經30秒之磁鐵作用吸引後，懸浮於溶液中的複合光觸媒皆貼附至燒杯靠近磁鐵之一側，使溶液顏色趨於透明。由此可知，本發明所製得之複合光觸媒的確具有磁性能夠被磁鐵所吸引，這表示鉑奈米粒子的確與ZnFe
2O
4光觸媒奈米粒子聚合成團而形成所謂複合光觸媒，也因為兩種奈米粒子吸附聚合成團方具有磁性，進而能藉由磁鐵吸附收集，而使複合光觸媒能夠被方便地回收重複使用。
複合光觸媒對有機汙染物的光降解能力
對實施例1至3對有機汙染物的降解能力進行評價，並且以前述製備例5的光觸媒奈米粒子做為此處的比較例。具體而言，以模擬太陽光源（AM1.5G solar simulator，YAMASHITA DENSO，YSS-E40；照射能量：100 mW/cm
2）照射實施例1至3與比較例的樣品溶液。所述樣品溶液含有：0.86×10
-4M複合光觸媒或光觸媒奈米粒子、2.5 M作為活性氧化合物的H
2O
2、以及5.0 ppm作為模擬汙染物的RhB。檢測各樣品溶液中RhB濃度隨時間之變化後所得之反應速率常數（K
app）如表3所示。
[表3]
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0004"><TBODY><tr><td> </td><td> 比較例 </td><td> 實施例1 </td><td> 實施例2 </td><td> 實施例3 </td></tr><tr><td> 對有機汙染物的光降解能力（K<sub>app</sub>，min<sup>-1</sup>） </td><td> 0.04 </td><td> 0.10 </td><td> 1.97 </td><td> 0.79 </td></tr></TBODY></TABLE>
由表3的結果可知，相較於未與鉑粒子複合的光觸媒奈米粒子，本發明的複合光觸媒對有機汙染物的光降解能力大為提升。因此，本發明的複合光觸媒能夠在快速處理污染物的同時不產生額外廢棄物，並且在可見光範圍具有極佳的催化功效。
複合光觸媒對高濃度有機汙染物的光降解能力
以模擬太陽光源（AM1.5G solar simulator，YAMASHITA DENSO，YSS-E40；照射能量：100 mW/cm
2）照射實驗例1至4的樣品溶液。實驗例1至4含有不同濃度的有機汙染物。實驗例1至4的樣品溶液含有：1.72×10
-4M實施例2的複合光觸媒、5 M作為活性氧化合物的H
2O
2、以及不同濃度作為模擬汙染物的RhB。各實驗例中的RhB濃度如表4所示。檢測各實驗例中RhB濃度隨時間之變化後所得之反應速率常數（K
app）如表4所示。
[表4]
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0005"><TBODY><tr><td> </td><td> 實驗例1 </td><td> 實驗例2 </td><td> 實驗例3 </td><td> 實驗例4 </td></tr><tr><td> RhB濃度（ppm） </td><td> 5 </td><td> 10 </td><td> 50 </td><td> 100 </td></tr><tr><td> K<sub>app</sub>（min<sup>-1</sup>） </td><td> 9.31 </td><td> 3.37 </td><td> 0.46 </td><td> 0.13 </td></tr></TBODY></TABLE>
圖7繪示本發明的複合光觸媒在不同濃度的有機汙染物下的降解能力。由圖7可知，本發明的複合光觸媒在高濃度的有機汙染物（高達100 ppm）下仍可維持高降解能力。在通常的汙染物濃度下（例如：5ppm），相較於傳統光觸媒材料之反應速率常數為0.01 min
-1，本發明的複合光觸媒之反應速率高達9.31 min
-1，乃是數個數量級的差異，故本發明的複合光觸媒之光降解效率極高。
本發明前述的光觸媒奈米粒子以及製備所得的複合光觸媒更可進一步製作為套組，應用於汙水處理、廢棄物處理、空氣處理，以及殺菌等用途。
汙水處理套組
本發明的汙水處理套組包括上述的複合光觸媒以及活性氧化合物。所述活性氧化合物包括過氧化物、超氧化物，或其組合，但本發明並不限於此。具體而言，於本發明之一實施態樣中，所述活性氧化合物可為過氧化氫。然而所屬領域具有通常知識者亦可選擇其它適合之活性氧化合物，本發明並不限於此。
本發明的汙水處理套組使用上述的複合光觸媒，因此能夠在快速處理污染物的同時不產生額外廢棄物，並且吸收可見光而產生具有極佳的催化功效。
廢棄物處理套組
本發明的廢棄物處理套組包括上述的複合光觸媒。請參照圖8（a）至圖8（e），其為本發明的廢棄物處理套組於廢棄物處理的結果。具體而言，以模擬太陽光源（AM1.5G solar simulator，YAMASHITA DENSO，YSS-E40；照射能量：100 mW/cm
2）照射實驗例5至8的樣品溶液。實驗例5至8的樣品溶液的組成如表5所示。經模擬太陽光源照射前的各樣品溶液如圖8（a）至圖8（d）中各圖左側所示，經模擬太陽光源照射1小時至3小時後的各樣品溶液如圖8（a）至圖8（d）中各圖右側所示。由圖8（a）至圖8（d）的結果可知，本發明的複合光觸媒對一般的有機汙染物有良好的降解效果。
[表5]
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0006"><TBODY><tr><td> </td><td> 實驗例5 </td><td> 實驗例6 </td><td> 實驗例7 </td><td> 實驗例8 </td></tr><tr><td> 有機汙染物種類 </td><td> 長纖維拭淨紙 </td><td> 厚紙板 </td><td> 白米飯 </td><td> 人體尿液 </td></tr><tr><td> 有機汙染物含量 </td><td> 0.2 g </td><td> 0.2 g </td><td> 2 g </td><td> 5 ml </td></tr><tr><td> 活性氧化合物 </td><td> 2.5 M H<sub>2</sub>O<sub>2</sub></td></tr><tr><td> 光觸媒 </td><td> 0.86x10<sup>-4</sup> M複合光觸媒 </td></tr></TBODY></TABLE>
請參照圖8（e），本發明的廢棄物處理套組分解碳氫化合物、碳水化合物或其組合，並產生低沸點的可燃性液體，例如烷類、醇類或其組合。具體而言，以GC-MS分析實驗例5中經模擬太陽光源（AM1.5G solar simulator，YAMASHITA DENSO，YSS-E40；照射能量：100 mW/cm
2）照射2小時後的樣品溶液，結果如圖8（e）所示。由圖8（e）的結果可知，經本發明的廢棄物處理套組處理後所產生的液體，為乙醇與丙酮等低沸點有機溶液。
因此，本發明的廢棄物處理套組能夠處理固態、液態等多種型態的廢棄物，並且在分解碳氫化合物、碳水化合物或其組合的同時產生低沸點的可燃性液體，可應用於新一代生質能源的開發。
空氣處理套組
本發明的空氣處理套組包括上述的複合光觸媒。請參照圖9（a）至圖9（e），其為本發明的空氣處理套組於空氣處理的結果。具體而言，將0.86x10
-4M的複合光觸媒溶液塗佈至樣本瓶內壁，經乾燥後，與未塗佈複合光觸媒溶液的樣本瓶進行空氣處理的效能比較。首先，將線香燃燒產生的廢氣收集至塗佈有複合光觸媒的樣本瓶（圖9（a）右）與未塗佈複合光觸媒的樣本瓶（圖9（a）左）中，接著照射太陽光5秒至10秒。經照射太陽光後的結果如圖9（b）和圖9（c）所示，可以明顯發現所收集之線香廢氣已成功被清除，在目視下瓶身轉為乾淨透明。圖9（d）和圖9（e）為除使用模擬太陽光源（AM1.5G solar simulator，YAMASHITA DENSO，YSS-E40；照射能量：100 mW/cm
2）進行照射外，其餘實驗條件均相同的實驗結果，結果可成功再現如照射太陽光的實驗結果。
本發明的空氣處理套組能在短時間內分解空氣中的有機汙染物，並且在可見光範圍具有極佳的催化功效。
殺菌用光觸媒
在本發明的一實施形態中，殺菌用光觸媒為Ag
2Fe
2O
4與鉑的複合光觸媒。請參照圖10（a）至圖10（d），其為本發明的殺菌用光觸媒於殺菌效果評價的結果。具體而言，於10
6cfu/ml至10
7cfu/ml之大腸桿菌溶液中加入本發明的殺菌用光觸媒，調整殺菌用光觸媒的濃度為1.5μg/ml，於37℃暗房，比較未加入光觸媒與加入光觸媒的樣品，並將結果示於圖10（a）與圖10（b）。請參照圖10（a）與圖10（b），未加入殺菌用光觸媒之菌液，呈現混濁（10（a）），相較之下，加入殺菌用光觸媒之菌液，乾淨透明，成功抑菌（圖10（b））。接著請參照圖10（c）與圖10（d），進一步進行培養實驗。具體而言，將前述未加入殺菌用光觸媒之菌液與加入殺菌用光觸媒之菌液分別取10μl滴到固態培養基（固態培養基的組成：每公升水溶液含有胰蛋白腖（Tryptone）10克，酵母粉（Yeast extract）5克，氯化鈉10克）上，並塗佈均勻至乾燥。將塗佈完成的固態培養基倒置於37℃的烘箱20小時（overnight）後，將固態培養基從烘箱取出，計算固態培養基上的菌落。培養實驗結果如圖10（c）和圖10（d）所示。相較於未加入殺菌用光觸媒的菌液（圖10（c））生成許多大腸桿菌菌落，加入殺菌用光觸媒的菌液經培養後，已沒有大腸桿菌菌落生成（圖10（d））。由此可知，本發明的殺菌用光觸媒在微量使用時，即可達到極佳效果。
因此，本發明的殺菌用光觸媒能夠達到良好的殺菌效果，並且在可見光範圍具有極佳的催化功效。
綜上所述，本發明的複合光觸媒能夠在快速處理污染物的同時不產生額外廢棄物，並且在可見光範圍具有極佳的催化功效。本發明的複合光觸媒具有廣泛的用途，能夠應用於汙水處理、廢棄物處理、空氣處理，以及殺菌等，同時具有製備容易、可藉由磁性回收再利用等優點。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
無。
圖1是本發明製備例5的光觸媒奈米粒子的TEM影像。 圖2（a）至圖2（d）顯示本發明製備例1至5的XRD測定結果。 圖3（a）與圖3（b）是本發明製備例1至5在黑暗中以及光照下的光降解結果分析圖。 圖4是本發明鉑奈米粒子的TEM影像。 圖5是本發明實施例2的複合光觸媒的TEM影像。 圖6顯示複合光觸媒磁性的測試結果。 圖7繪示本發明的複合光觸媒在不同濃度的有機汙染物下的光降解能力。 圖8（a）至圖8（e）顯示本發明的廢棄物處理套組於廢棄物處理的結果。 圖9（a）至圖9（e）顯示本發明的空氣處理套組於空氣處理的結果。 圖10（a）至圖10（d）顯示本發明的殺菌用光觸媒於殺菌效果評價的結果。
Claims (16)
- 一種複合光觸媒，包括：鉑奈米粒子；以及光觸媒奈米粒子，其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式(1)表示的化合物：A2+(B3+)2X4 化學式(1)其中，A2+表示Ag2 2+，B3+表示Fe3+、Mn3+或Cr3+，X表示O2-，所述複合光觸媒吸收可見光範圍波長，而光催化分解、裂解含碳、氫與氧的有機物質。
- 如申請專利範圍第1項所述的複合光觸媒，其中B3+表示Fe3+。
- 如申請專利範圍第1項所述的複合光觸媒，其中所述鉑奈米粒子中的鉑與所述光觸媒奈米粒子包含的所述化合物中的A的莫耳比率為0.01：1至0.2：1。
- 如申請專利範圍第1項所述的複合光觸媒，其中所述光觸媒奈米粒子的粒徑為1至10nm。
- 如申請專利範圍第1項所述的複合光觸媒，其中所述鉑奈米粒子的粒徑為2至3nm。
- 如申請專利範圍第1項所述的複合光觸媒，其吸收可見光範圍波長並於具有活性氧化物的環境下，光催化分解、裂解含 碳、氫與氧的有機物質，所述活性氧化合物包括過氧化物、超氧化物，或其組合。
- 一種複合光觸媒的製造方法，包括：將含有光觸媒奈米粒子的第一溶液與含有鉑奈米粒子的第二溶液混合，其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式(1)表示的化合物：A2+(B3+)2X4 化學式(1)其中，A2+表示Zn2+、Sn2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+或Ag2 2+，B3+表示Fe3+、Mn3+或Cr3+，X表示O2-，其中，所述光觸媒奈米粒子的製備方法包括：將第一金屬前驅物及第二金屬前驅物溶於第一溶劑以形成前驅物溶液，其中，所述第一金屬前驅物中的第一金屬包括Zn、Sn、Cu、Fe、Mn、Ni、Co或Ag，所述第二金屬前驅物中的第二金屬包括Fe、Mn或Cr；將第二溶劑加入所述前驅物溶液並均勻混合以形成第一混合溶液，其中，所述第二溶劑與所述第一溶劑互溶；將第三溶劑加入所述第一混合溶液以形成分層溶液，其中，所述第三溶劑與所述第二溶劑不互溶，且所述第三溶劑與所述第一溶劑的親合性大於所述第二溶劑與所述第一溶劑的親合性；攪拌所述分層溶液，使所述第一混合溶液中的所述前驅物溶液溶至所述第三溶劑而形成含有光觸媒奈米粒子的第二混合溶液；以及 離心所述第二混合溶液。
- 如申請專利範圍第7項所述的複合光觸媒的製造方法，其中B3+表示Fe3+，所述第二金屬前驅物為三價鐵化合物。
- 如申請專利範圍第7項所述的複合光觸媒的製造方法，其中，於所述分層溶液中，所述第三溶劑位於上層，且所述第一混合溶液位於下層。
- 如申請專利範圍第7項所述的複合光觸媒的製造方法，其中，所述第二溶液中所述奈米粒子中的鉑與所述第一溶液中所述光觸媒奈米粒子的包含的所述化合物中的A的莫耳比率為0.01：1至0.2：1。
- 一種汙水處理套組，包括如申請專利範圍第1項所述的複合光觸媒以及活性氧化合物。
- 如申請專利範圍第11項所述的汙水處理套組，其中，所述活性氧化合物包括過氧化物、超氧化物，或其組合。
- 一種固體廢棄物處理套組，包括光觸媒，所述光觸媒為包括鉑奈米粒子以及光觸媒奈米粒子的複合光觸媒或所述光觸媒為光觸媒奈米粒子，所述光觸媒吸收可見光範圍波長，而光催化分解、裂解含碳、氫與氧的有機物質，其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式(1)表示的化合物：A2+(B3+)2X4 化學式(1)其中，A2+表示Zn2+、Sn2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+或Ag2 2+，B3+表示Fe3+、Mn3+或Cr3+，X表示O2-。
- 如申請專利範圍第13項所述的固體廢棄物處理套組，其中所述含碳、氫與氧的有機物質包括碳氫化合物、碳水化合物或其組合，而所述含碳、氫與氧的有機物質被光催化分解、裂解後會產生烷類、醇類或其組合。
- 一種空氣處理套組，包括光觸媒，所述光觸媒為包括鉑奈米粒子以及光觸媒奈米粒子的複合光觸媒或所述光觸媒為光觸媒奈米粒子，所述光觸媒吸收可見光範圍波長，而光催化分解、裂解含碳、氫與氧的有機物質，其中，所述光觸媒奈米粒子包含下述化學式(1)表示的化合物：A2+(B3+)2X4 化學式(1)其中，A2+表示Ag2 2+，B3+表示Fe3+、Mn3+或Cr3+，X表示O2-。
- 一種殺菌用光觸媒，所述殺菌用光觸媒為包括鉑奈米粒子以及光觸媒奈米粒子的複合光觸媒或所述殺菌用光觸媒為光觸媒奈米粒子，其中，所述光觸媒奈米粒子包含Ag2Fe2O4。
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