[发明专利]一种光催化空气过滤材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化空气过滤材料，属于材料领域。

背景技术

空气是人类生存最重要的环境要素，室外大气环境和室内空气品质的好坏直接关系着人类生存健康。随着人们对大气环境的日益重视，空气过滤材料日益成为研究的热土。日本针对室内空气净化研制出了光催化空气过滤器，过滤器材料利用纳米光催化材料摧毁生物和病毒，中和异味，去除有害气体。光催化材料是在紫外光作用下材料上的催化剂分解空气中所含的细菌、病毒等微生物，而且可以分解除去空气中的挥发性有机有害气体。传统的空气过滤防护措施以隔离和吸附为主，光催化过滤材料丰富了空气过滤防护手段，可以更高效地过滤空气、杀灭和分解有毒有害物质，保护人们的身体健康，减少疾病的传播，具有重要的意义。

目前光催化空气过滤材料的形式比较单一、效果较差。通常通过采用以下方式将光催化剂用于空气净化器：第一，将光催化剂负载在活性炭无纺布上，依靠活性炭对细菌、病毒及有机有害气体的吸附作用，形成局部高浓度环境，然后再依靠光催化剂的催化效应，进行杀菌或分解有害气体。但是在实际生产中，活性炭层通常为中间层，光线无法照射到光催化剂的表面，导致光催化效应无法实现。第二，采用涂层整理剂将光催化剂一同涂覆在过滤材料的表面。这样由于所使用的涂层整理剂包覆在光催化剂的表面，减小了光催化剂与细菌、病毒及有机有害气体的接触面积，使其光催化效应减小。此外，涂覆在表面的光催化剂颗粒附着力较差，容易脱落，不利于长期使用。传统的在基底材料表面负载光催化薄膜的制备过程均需要高温煅烧进行活化，因此基底材料通常选择金属片、玻璃片、金属丝网等作为载体。与此相比，在热敏性高聚物过滤材料表面制备具有光致活性的光催化剂薄膜，需要解决高聚物基体与无机光催化剂薄膜之间的界面相容性差，以及低温成膜后无光致活性等问题。

专利ZL02124137.6“柔性基底材料表面负载二氧化钛薄膜光催化剂的制备方法”公开了一种无纺布表面负载二氧化钛薄膜光催化剂的制备方法，包括如下步骤：首先以钛酸正丁酯或四氯化钛为前驱体，加入造孔剂制备活性层溶胶，在利用提拉镀膜的方法将活性层溶胶直接涂敷与经清洗的柔性基底载体上，离心甩去多余溶胶，后将负载凝胶的柔性基底放入水热釜中，以水-乙醇为混合溶剂在低温下溶剂热形成纳米晶二氧化钛薄膜光催化剂。该方法的制备工艺复杂，并不适合工业化生产。

发明内容

本发明的主要目的是解决现有技术中存在的光催化剂附着力差、光催化光致活性差、光催化效果不佳等问题，为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种光催化空气过滤材料及其制备方法。

一种光催化空气过滤材料，所述空气过滤材料包括无纺布基材以及负载在无纺布基材上的钛酸锌光催化多孔薄膜。

本发明还提供该光催化空气过滤材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)采用偶联剂溶液对无纺布基材进行预处理：将无纺布基材放置于偶联剂溶液中浸涂，带液率为100-200％，然后在100℃下干燥10min。

(2)制备前驱体溶液：将钛源、酸、锌盐以及硝酸银按一定比例依次加入蒸馏水中，于冰水浴条件下强力搅拌，并陈化获得溶胶的前驱体溶液。

(3)制备钛酸锌溶胶：将步骤2)制备的前驱体溶液在搅拌条件下升温至75～98℃，调节pH值至7～9，然后在冰水浴条件下滴加活化溶液，并于80℃陈化得到钛酸锌溶胶液。

(4)制备钛酸锌多孔薄膜无纺布：将步骤1)预处理的无纺布基材浸轧步骤(3)的钛酸锌溶胶，轧余率为70％～100％，然后在120℃干燥固化，形成负载银掺杂钛酸锌光催化多孔薄膜的无纺布空气过滤材料。

所述步骤(1)的偶联剂溶液为硅烷偶联剂溶于由乙醇、丙酮、乙二醇中一种或几种形成的混合液中。所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷或氨基甲氧基硅烷中的一种或几种混合物。

优选偶联剂溶液中，偶联剂的体积分数为1％。

所述的无纺布为丙纶无纺布、涤纶无纺布或丙纶熔喷布中的任何一种。

所述步骤(2)的前驱体溶液中各物质的摩尔比为：Ti⁴⁺∶H⁺∶Zn²⁺∶Ag⁺＝1∶10～20∶1∶0.0005～0.05。

所述步骤(2)制备前驱体溶液优选按以下方式进行：首先将钛源在冰水浴和强力搅拌条件下缓慢滴加于蒸馏水中配置成水溶液，其中钛源和蒸馏水的体积比为1∶10，然后滴加酸进行反应，随后加入锌盐、硝酸银，充分搅拌溶解，最后在室温下陈化24h。

所述钛源为四氯化钛、硫酸钛或酞酸酯。