[发明专利]一种可见光光催化空气净化材料及空气净化方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化和空气净化技术领域。涉及一种利用可见光催化剂材料提高净化空气污染物效果的方法。

背景技术

当今室内甲苯、甲醛等污染气体现象广泛存在于居室等各种相对封闭的环境中。对人的健康产生严重的危害。目前研制出的空气净化设备主要方法有物理吸附、化学方法、催化技术等。其中物理吸附受环境影响较大，被吸附的气体受温度、湿度变化以及吸附平衡的影响容易被再次释放，不能从根本上消除有害气体。化学法能使氧化降解污染气体，但是其中添加的人工合成物质，易造成二次污染，且有效使用期短。应用光催化净化空气的核心技术为二氧化钛加紫外光，利用二氧化钛受光激发所产生的电子-空穴对的强氧化性矿化降解有机污染物，具有能耗低、二次污染少，有效期长等优点。但是从室内实际应用角度考虑，由于二氧化钛依赖于紫外光激发，不能有效地利用可见光，而且室内甲苯、甲醛等污染气体通常浓度较低，光催化氧化的效率不高，这两点大大限制了光催化技术广泛、实际的应用于居室环境中。针对以上两点，本发明采用具有可见光活性的钒酸铋，通过添加电子受体氧化铜，显著提高了对甲苯的可见光光催化活性，并且并将其与吸附性能好的金属网以及壳聚糖修饰过的尼龙材料进行负载，制成家居产品。这样一方面通过改变光催化剂的组成成分，加快了表面氧化反应速率；另一方面通过改变催化剂的表面结构，增强了对污染物的吸附和净化能力。目前尚没有查到利用金属网和壳聚糖修饰的尼龙材料负载铜掺杂钒酸铋催化剂，去除甲苯、甲醛等室内主要污染气体，提高室内家居产品利用功能的专利或报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用可见光光催化材料净化去除空气污染物的方法。具体涉及负载型高可见光活性氧化铜/钒酸铜纳米光催化材料的制备，通过溶胶分散或涂覆处理，负载在金属网或尼龙基材上，并结合对甲醛吸附性能好的壳聚糖对尼龙基体材料进行修饰。在可见光下，利用制备的负载型氧化铜/钒酸铋纳米复合光催化净化材料，对空气中甲苯、甲醛污染物进行吸附和净化。

本发明的技术方案如下：

以硝酸铋和钒酸铵为原料，分别溶于4mol/L硝酸和氢氧化钠溶液中，再分别加入等量表面活性剂聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段聚合(P123)，搅拌30分钟后混合，用2mol/L氢氧化钠溶液调pH至中性，于200℃下水热合成单晶相钒酸铋。然后按铜和按钒酸铋的重量比例2.5％～7.0％将钒酸铋和硝酸铜及离子水混合，在旋转蒸发器上蒸干至粉体，然后在300℃马弗炉内焙烧四小时得到氧化铜/钒酸铜纳米光催化剂。利用溶胶(硅溶胶或钛溶胶)分散预先制备的氧化铜/钒酸铋纳米复合光催化剂粉体，将金属网、尼龙等基体材料浸渍其中进行负载。其中用尼龙材料上进行催化剂的负载时，将尼龙材料预先经过壳聚糖表面修饰。其方法是先将尼龙材料在40℃的1mol/L盐酸中进行水解，然后浸入加磷酸的甲醛溶液活化处理，磷酸和甲醛溶液的体积比为1∶100。最后以体积分数为1％的醋酸配制质量分数为1.5％的壳聚糖溶液，使尼龙与壳聚糖进行充分反应。经过以上步骤即可获得能高效利用可见光进行空气中污染物净化的负载型光催化材料。制备的氧化铜/钒酸铜纳米光光催材料在光照条件为日光或室内正常照明条件下，空气自然对流或扩散时，进行光催化氧化反应。

本发明的效果和益处是所制备负载有氧化铜/钒酸铋纳米光催化材料无需紫外光照射，在可见光照射下即可达到较好的光催化活性，提高了对可见光的利用率。同时，可利用室内空气自然对流和扩散，使污染物到达催化剂表面被氧化净化，不需动力装置，无噪音，二次污染小。并且壳聚糖复合尼龙催化剂材料能够有效提高材料表面对甲醛污染物的吸附和净化效果。负载催化剂时常温即可进行，除了常见的催化剂负载材料金属、陶瓷、玻璃基体以外，化纤、布类材料都可负载，扩展了负载基材范围。载于金属钢丝网、壳聚糖/尼龙基材上的复合催化剂，赋予了室内装饰用品和材料空气净化的新功能。在室内空气污染治理领域有广泛的应用前景。

附图说明

附图1是负载于不锈钢金属网上的掺铜和没有掺铜的钒酸铋光催化剂对甲苯气体(起始浓度为80mg/m³)的光催化净化去除效果对照图。

图中：曲线a：未掺铜的纯钒酸铋催化剂；曲线b：氧化铜/钒酸铋催化剂。

附图2是壳聚糖表面改性和表面没有修饰壳聚糖的尼龙负载型氧化铜/钒酸铋对甲醛气体(起始浓度为10～11mg/m³)的光催化净化去除效果对照图。

图中：曲线a：表面没有修饰壳聚糖的尼龙负载型氧化铜/钒酸铋；曲线b：壳聚糖表面改性的尼龙负载型氧化铜/钒酸铋催化剂。