專利名稱：負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，特別是一種負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法。屬于光催化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，環(huán)境污染已經(jīng)受到全球的普遍關(guān)注。目前在空氣凈化中使用的材料主要是采用活性炭或無紡布，由于它們具有高吸附能力，凈化速度快，短期效果較為顯著，所以在各種空氣凈化設(shè)備中廣泛使用。然而，這類材料存在吸附飽和的極限，再生時必須將其從設(shè)備中取出，操作比較麻煩，還易造成二次污染，材料本身也不具備殺菌或抑菌的功能。
近十幾年來，利用半導(dǎo)體粉末作為光催化降解有機或無機污染物的研究已成為治理環(huán)境污染最為活躍的領(lǐng)域之一。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?9116885.2，名稱為多層結(jié)構(gòu)的光催化空氣凈化網(wǎng)及其制備方法，公開號為1288775，該專利公開了一種具有載體層、粘合劑層、活性炭層和TiO2光催化劑層的高效多層結(jié)構(gòu)的空氣凈化網(wǎng)的制備方法，將活性炭吸附污染物--TiO2光催化降解--活性炭再生凈化的相互促進融為一體，此凈化網(wǎng)在253.7nm紫外光照射下，對甲苯、甲醛、三氯乙烯、氨氣、硫化氫的降解率95％以上，對一氧化碳的降解率60％以上。但此方法采用聚氨酯膠粘劑作為基底層將活性炭與TiO2粘接在載體表面，由于聚氨酯的粘度較高，將復(fù)合光催化劑涂覆在表面時一方面容易將活性炭的孔道阻塞，降低吸附能力，另一方面由于存在用膠多了造成催化劑阻塞載體網(wǎng)孔或者用膠少了粘結(jié)不牢等問題，從而使得凈化網(wǎng)通風(fēng)不暢、外觀不美觀甚至影響催化效率。另外，從該專利描述的數(shù)據(jù)來看，所有降解模型均采用污染物初始濃度極高的情況(1000ppm以上)，而這對真實室內(nèi)空氣凈化是沒有什么意義的，文中未見低初始污染物濃度進行光催化降解的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對背景技術(shù)中存在的上述問題，提供一種負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法。該方法首先摒棄了采用溶劑型膠粘劑而選擇水性膠乳作為粘合劑，其次選擇對有機污染物吸附性能好的活性炭作為吸附劑，平均粒度為10～20nm的含有電子一空穴對捕獲劑的高效復(fù)合催化劑作為本發(fā)明的光催化劑。另外，本發(fā)明采用了一種能產(chǎn)生大量負離子的天然極性礦石--電氣石作為使空氣舒適度提高的輔助材料，完全克服了由高壓電暈放電發(fā)生負離子而帶來的NOx或O3等有害氣體。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法如下采用活性炭作為吸附劑、高效復(fù)合催化劑作為光催化劑、電氣石作為輔助材料，將活性炭、復(fù)合光催化劑與電氣石粉末通過物理機械混合方法進行有效復(fù)合制備得到多功能高效光催化劑，然后采用水性膠乳作為粘合劑，將多功能高效光催化劑與水性膠乳液混合、分散，制成穩(wěn)定的懸浮漿液，最后采用噴涂或浸涂工藝將催化劑負載載體均勻粘覆上催化劑涂層，得到負載型光催化凈化網(wǎng)塊。
多功能高效光催化劑可將有機污染物快速高效地吸附在活性炭顆粒中，再通過TiO2的光催化性質(zhì)將吸附的有害物質(zhì)降解成CO2與H2O，而TiO2高的光活性使粉體能量升高，降解產(chǎn)生的H2O又促使極性的電氣石產(chǎn)生負離子的能力大幅提高，所以本發(fā)明所制備的光催化劑集吸附、催化降解、負離子發(fā)生、殺菌抑菌于一體，各種功能相互補充，相互促進，由此催化劑制備負載型光催化凈化網(wǎng)塊及光催化空氣凈化裝置可用于室內(nèi)空氣的凈化(污染物濃度較低的情況)，同時可使室內(nèi)負離子濃度達到曠野郊區(qū)或公園的水平(500～1000個/cm3)，大大提高了生活舒適度。
以下對本發(fā)明的方法作進一步的說明，具體步驟如下(1)將活性炭、復(fù)合光催化劑與電氣石粉末按一定比例通過機械混合制成多功能高效光催化劑，其中活性炭用量為10～40％，光催化劑用量為20～60％，電氣石使用量為10～40％。
(2)將上述多功能高效光催化劑與水性膠乳液混合，并用高速分散機或超聲波分散，制成穩(wěn)定的懸浮漿液。漿液的總固含量為45％左右。
(3)將催化劑負載載體浸漬于上述懸浮漿液或采用噴涂將載體上均勻粘覆上一層催化劑涂層，于100攝氏度干燥箱烘干后，可根據(jù)需要重復(fù)涂敷，得到負載型光催化凈化網(wǎng)塊。
所述的活性炭為對有機物具有極強吸附能力的煤質(zhì)顆粒(或粉末)活性炭或果殼顆粒(或粉末)活性炭，其碘值大于1000mg/g，在使用前需對活性炭顆?；蚍勰┻M行粉碎，選擇粒度大于600目備用。
所述的復(fù)合光催化劑為平均粒度為10～20nm的含有電子—空穴對捕獲劑(可有效減少電子—空穴對的復(fù)合幾率)的高效復(fù)合光催化劑，其中銳鈦型TiO2的含量為85％以上，電子—空穴對捕獲劑是一些除鈦以外的金屬氧化物，可以是氧化鋁、氧化硅、氧化鉬或稀土氧化物等。
所述的能產(chǎn)生負離子的電氣石原料為天然電氣石，如鐵電氣石、鎂電氣石、鐵鎂電氣石、鋰電氣石，并對其進行超細粉碎，篩選粒度小于20微米以下，更好是5微米以下的淡青灰色超細粉體。
所述的水性膠乳液，可以是苯丙膠乳、純丙膠乳、聚氨酯膠乳、醋酸乙烯酯膠乳、醋丙乳液中的一種或幾種，膠乳固含量30～50％左右，最低成膜溫度為50攝氏度～90攝氏度。
所述的催化劑負載載體為蜂窩狀或瓦楞狀紙制、鋁基或塑料基的網(wǎng)狀模塊，大小與形狀可任意剪裁，網(wǎng)塊孔道邊長最好為1mm以下，厚度6mm以上，保證網(wǎng)塊有一定剛度為宜。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明選擇水性膠乳作為粘合劑、活性炭作為吸附劑，高效復(fù)合催化劑作為光催化劑，采用電氣石作為輔助材料，完全克服了由高壓電暈放電發(fā)生負離子而帶來的NOx或O3等有害氣體。由活性炭、復(fù)合光催化劑與電氣石粉末制成的多功能高效光催化劑，集吸附、催化降解、負離子發(fā)生、殺菌抑菌于一體，各種功能相互補充，相互促進。采用本發(fā)明制作的空氣凈化裝置不僅對甲醛、苯、氨等有機污染物的降解率達90％以上(苯為60％左右)，同時負離子產(chǎn)生濃度為1000個/cm3以上，并且具有高效的殺菌能力，細菌滅除率大于90％?？稍谥醒肟照{(diào)、空氣凈化器等作為室內(nèi)空氣的凈化組件使用，極大提高生活舒適度。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例實施例1將煤質(zhì)高吸附性活性炭粉末、復(fù)合光催化劑、鎂電氣石粉末進行復(fù)合并經(jīng)氣流粉碎制成多功能高效光催化劑A，其中活性炭粉末含量為30％，復(fù)合光催化劑含量為60％，鎂電氣石粉末含量為10％。將A、小粒徑苯丙乳液、去離子水按質(zhì)量比1∶2.5∶1.25并在高速分散機或超聲粉碎機中配成穩(wěn)定的懸浮漿液B。將長360mm，寬為230mm，厚為6mm的鋁基蜂窩網(wǎng)(預(yù)先用稀酸洗滌處理)浸漬在漿料B中，以網(wǎng)塊全部浸沒于漿料中為宜。浸漬2分鐘后取出，除掉掛在網(wǎng)孔中的多余漿料后，放在100攝氏度干燥箱中烘干，然后再采用相同方法涂敷一層。取兩塊這樣的光催化凈化網(wǎng)塊分別安置在與凈化塊同樣規(guī)格的不銹鋼通道的兩端，不銹鋼通道長度為20cm，在通道中央平行安置2根主波長為253.7nm的8瓦紫外燈。將這一裝置放于一1M3工作艙中，在此裝置一端距離光催化網(wǎng)塊15cm處放置一軸流風(fēng)機為此裝置送風(fēng)。工作艙內(nèi)四角也分別放置四個軸流風(fēng)機使艙內(nèi)空氣對流。艙內(nèi)溫度20℃，濕度50％RH，風(fēng)速0.5m/s。分次分別向工作艙內(nèi)注入有機污染物甲醛5.0ppm，苯16.5ppm，氨5.3ppm，細菌總數(shù)＞100個/皿。開紫外燈測試光催化效果，3小時后甲醛降解率為93％，苯降解率為68％，1小時后氨降解率為95％，細菌去處率為91％，負離子濃度為800個/cm3。
實施例2按照實施例1所述方法制備多功能高效光催化劑與光催化凈化網(wǎng)塊，不同的方面一是高吸附性活性炭為椰殼碳，二是活性炭粉末含量為10％，復(fù)合光催化劑含量為50％，鎂電氣石粉末含量為40％。將此凈化網(wǎng)塊安置于實施例1描述的凈化裝置上并將此裝置至于工作艙中，分次分別向工作艙內(nèi)注入有機污染物甲醛7.8ppm，苯23.9ppm，氨5.5ppm，細菌總數(shù)＞100個/皿。開紫外燈測試光催化效果，3小時后甲醛降解率為90％，苯降解率為66％，1小時后氨降解率為92％，細菌去處率為89％，負離子濃度為1200個/cm3。
實施例3按照實施例1所述方法制備多功能高效光催化劑與光催化凈化網(wǎng)塊，不同的方面一是水性粘合劑為純丙乳液，二是活性炭粉末含量為40％，復(fù)合光催化劑含量為20％，鎂電氣石粉末含量為40％，三是所用載體為紙制瓦楞狀，大小與厚度同實施例1。將此凈化網(wǎng)塊安置于實施例1描述的凈化裝置上并將此裝置至于工作艙中，分次分別向工作艙內(nèi)注入有機污染物甲醛5.6ppm，苯20.3ppm，氨5.8ppm，細菌總數(shù)＞100個/皿。開紫外燈測試光催化效果，3小時后甲醛降解率為84％，苯降解率為55％，1小時后氨降解率為88％，細菌去處率為90％，負離子濃度為1200個/cm3。
實施例4按照實施例1所述方法制備多功能高效光催化劑與光催化凈化網(wǎng)塊，不同的是凈化裝置兩端各放兩塊光催化凈化網(wǎng)塊，分次分別向工作艙內(nèi)注入有機污染物甲醛7.6ppm，苯23.3ppm，氨5.8ppm，細菌總數(shù)＞100個/皿。開紫外燈測試光催化效果，1小時后甲醛降解率為80％，3小時后甲醛降解率為97％，3小時后苯降解率為72％，1小時后氨降解率為96％，細菌去處率為93％，負離子濃度為1500個/cm3。
對比例按照實施例1所述方法制備多功能高效光催化劑與光催化凈化網(wǎng)塊，不同的多功能光催化劑中沒有用活性炭，復(fù)合光催化劑含量為66.7％，鎂電氣石質(zhì)量含量為33.3％。將此凈化網(wǎng)塊安置于實施例描述的凈化裝置上并將此裝置至于工作艙中，分次分別向工作艙內(nèi)注入有機污染物甲醛5.0ppm，苯16.5ppm，氨5.3ppm，細菌總數(shù)＞100個/皿。開紫外燈測試光催化效果，3小時后甲醛降解率為95％，苯去降解率為9％，1小時后氨降解率為89％，細菌去處率為80％，負離子濃度為1000個/cm3。
權(quán)利要求
1.一種負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，其特征在于，制備方法如下采用活性炭作為吸附劑、高效復(fù)合催化劑作為光催化劑、電氣石作為輔助材料，將活性炭、復(fù)合光催化劑與電氣石粉末通過物理機械混合方法進行有效復(fù)合制備得到多功能高效光催化劑，然后采用水性膠乳作為粘合劑，將多功能高效光催化劑與水性膠乳液混合、分散，制成穩(wěn)定的懸浮漿液，最后采用噴涂或浸涂工藝將催化劑負載載體均勻粘覆上催化劑涂層，得到負載型光催化凈化網(wǎng)塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，其特征是，以下對制備方法作進一步的說明，具體步驟如下(1)將活性炭、復(fù)合光催化劑與電氣石粉末按比例通過機械混合制成多功能高效光催化劑，其中活性炭用量為10～40％，光催化劑用量為20～60％，電氣石使用量為10～40％；(2)將上述多功能高效光催化劑與水性膠乳液混合，并用高速分散機或超聲波分散，制成穩(wěn)定的懸浮漿液，漿液的總固含量為45％；(3)將催化劑負載載體浸漬于上述懸浮漿液或采用噴涂將載體上均勻粘覆上一層催化劑涂層，于100攝氏度干燥箱烘干后，或者根據(jù)需要重復(fù)涂敷，得到負載型光催化凈化網(wǎng)塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，其特征是，所述的活性炭為對有機物具有極強吸附能力的煤質(zhì)顆?；蚍勰┗钚蕴?，或果殼顆?；蚍勰┗钚蕴?，其碘值大于1000mg/g，在使用前對活性炭顆粒或粉末進行粉碎，選擇粒度大于600目備用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，其特征是，所述的復(fù)合光催化劑為平均粒度為10～20nm的含有電子—空穴對捕獲劑的高效復(fù)合光催化劑，其中銳鈦型TiO2的含量為85％以上，電子一空穴對捕獲劑是除鈦以外的金屬氧化物，具體為氧化鋁、氧化硅、氧化鉬或稀土氧化物等中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，其特征是，所述的能產(chǎn)生負離子的電氣石原料為天然電氣石，如鐵電氣石、鎂電氣石、鐵鎂電氣石、鋰電氣石，并對其進行超細粉碎，篩選粒度小于20微米，優(yōu)選5微米以下的淡青灰色超細粉體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，其特征是，所述的水性膠乳液，為苯丙膠乳、純丙膠乳、聚氨酯膠乳、醋酸乙烯酯膠乳、醋丙乳液中的一種或幾種，膠乳固含量30～50％，最低成膜溫度為50攝氏度～90攝氏度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，其特征是，所述的催化劑負載載體為蜂窩狀或瓦楞狀紙制、鋁基或塑料基的網(wǎng)狀模塊，大小與形狀可任意剪裁，網(wǎng)塊孔道邊長最好為1mm以下，厚度6mm以上。
全文摘要
一種負載型光催化凈化網(wǎng)塊的制備方法，屬于光催化領(lǐng)域。方法如下采用活性炭作為吸附劑、高效復(fù)合催化劑作為光催化劑、電氣石作為輔助材料，將活性炭、復(fù)合光催化劑與電氣石粉末通過物理機械混合方法進行有效復(fù)合制備得到多功能高效光催化劑，然后采用水性膠乳作為粘合劑，將多功能高效光催化劑與水性膠乳液混合、分散，制成穩(wěn)定的懸浮漿液，最后采用噴涂或浸涂工藝將催化劑負載載體均勻粘覆上催化劑涂層，得到負載型光催化凈化網(wǎng)塊。本發(fā)明對甲醛、苯、氨等有機污染物的降解率達90％以上，同時負離子產(chǎn)生濃度為1000個/cm
文檔編號B01J37/02GK1515352SQ03150618
公開日2004年7月28日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者古宏晨, 徐宏, 吳亞妮, 程存康 申請人:上海交通大學(xué)