[发明专利]一种负载型光催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，特别涉及一种负载型光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着人类生产活动范围的日益扩大，导致出现了越来越严重的环境污染问题，特别是挥发性有机物对大气环境的污染非常严重，近年来受到了越来越多的人们的广泛关注。这些挥发性有机物大多数对人体有毒，部分还能够诱发各种严重疾病，具有致癌或致畸作用，同时还能与大气中的氮氧化物发生光化学反应破坏大气臭氧层。因此，挥发性有机物的治理已经成为近几年乃至今后几十年大气环境科学工作者的研究重点。

近年来，光催化氧化技术作为一种新型的高级氧化技术受到人们广泛的关注。与传统的生物、化学处理方法相比，它具有操作简单、条件温和以及低能耗、不产生二次污染等突出特点，在环境治理特别是挥发性有机物的治理方面有着诱人的发展前景。但是这项技术目前仍然存在一些实际应用中的难题有待进一步解决。首先，光源利用率低和光催化剂回收困难。光催化氧化技术在有机污染物的处理过程中所使用的光催化剂大多数为粉末，这可能在大气处理过程中造成催化剂的浪费，而且在反应过程中，只有表面的少量光催化剂吸收了紫外光而起到光催化剂的作用，从而导致光量子效率较低，同时反应过程中粉末状光催化剂容易流失，不利于光催化剂的再利用，给实际应用降解气相有机物带来了一定困难。其次，气固相光催化的效率容易受到实际大气环境因素的影响较大。光催化技术受污染物的浓度水平、相对湿度、氧气的浓度等影响较大，特别是在工业应用中，环境应用条件更为复杂，往往导致光催化效率较低。最后，光催化剂长期活性稳定性较差。光催化剂表面在光催化降解有机物过程中容易沉积难以降解的中间体，从而隔断催化剂与紫外光的接触，造成光催化剂催化活性下降，且不能原位再生，这大大影响光催化氧化技术的工业应用。因此，开发一种稳定、高效的固定化光催化剂及开展其氧化技术的应用是相关技术领域的难点。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种负载型光催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的负载型光催化剂。

本发明的再一目的在于提供所述的负载型光催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种负载型光催化剂的制备方法，包含以下步骤：

（1）电极的预处理：将泡沫金属网依次用盐酸、无水乙醇和水清洗，晾干后作为电极阴极；钛片或石墨片依次用丙酮、乙醇和水清洗，晾干后作为电极阳极；

（2）光催化剂溶胶的制备：将光催化剂粉末与水混合，充分搅拌，再超声分散后即得光催化剂溶胶；

（3）电沉积制备负载型光催化剂：将步骤（1）预处理得到的电极阴极和电极阳极按间距1～20cm浸入步骤（2）制备的光催化剂溶胶中，接稳压直流电源10～150V，并且不断搅拌溶胶，通电1～50min后，停止通电，取出阴极泡沫金属，晾干后可得到泡沫金属负载光催化剂，即负载型光催化剂。

步骤（1）中所述的泡沫金属包括泡沫镍、泡沫铝及其合金等；

步骤（1）中所述的泡沫金属网的面积大小为10～100mm×50～400mm；

步骤（1）中所述的盐酸的浓度优选为0.1～1.0mol/L；

步骤（1）中所述的泡沫金属网优选通过如下具体步骤进行处理：将泡沫金属网先在0.1～1.0mol/L的盐酸中清洗3次，再在无水乙醇中超声清洗10～100min，然后用水清洗3次；

步骤（1）中所述的钛片或石墨片优选通过如下具体步骤进行处理：将钛片或石墨片依次在丙酮、乙醇中分别超声15min后，用水清洗3次；

所述的超声的频率为10～100kHz；

步骤（2）中所述的光催化剂粉末优选为ZnO或TiO₂；

步骤（2）中所述的光催化剂粉末与所述的水按0.1～5：200～1000（g：mL）进行配比配得稳定溶胶；

步骤（2）中所述的充分搅拌的时间优选为10～100min；

步骤（2）中所述的超声的频率为10～100kHz；

步骤（2）中所述的超声分散的时间优选为5～30min；

上述步骤中涉及的水均为去离子水。

一种负载型光催化剂，通过上述方法制备得到；其中，得到光催化剂的负载量为质量百分比0.5～15.0%；

所述的负载型光催化剂在环境保护中的应用，特别适用于降解大气中挥发性有机物。

一种高效光催化降解挥发性有机物的方法，包括以下步骤：

（1）将本发明所述的负载型光催化剂安装于光催化反应器中；