[发明专利]一种吸收分解路面汽车尾气的可见光催化复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸收分解路面汽车尾气的可见光催化复合材料及其制备方法，适用于城市道路、停车场、隧道、收费站等路面汽车尾气的降解，属于新材料制备技术领域。

背景技术

汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染，是公路交通产生的突出环境问题之一。随着汽车数量的增多、使用范围越来越广，在公路附近地区上空，往往形成一个浓度较高且持续时间较长的排放污染物区域。汽车尾气对世界环境的负面效应也越来越大，严重危害城市环境，引发呼吸系统疾病，加重城市热岛效应等。据有关专家统计，到21世纪初，汽车排放的尾气占大气污染的30%～60%。随着机动车的增加，尾气污染有愈演愈烈之势，由局部性污染转变成连续性和累积性污染。2014年1月从公安部获悉，2013年我国车辆保持快速增长，至2013年底，全国机动车数量突破2.5亿辆，其中，汽车达1.37亿辆，扣除报废量，增加1651万辆，增长了13.7%；汽车多集中于城市，致使汽车尾气中这些有害气体对城市污染源的构成发生结构性变化，汽车尾气正上升为我国城市的主要污染源，汽车尾气中含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒，尤其是含铅汽油，严重威胁人类身体健康。汽车尾气的污染给全球开始的经济损失也是不可估量的，有关专家估计，延续下去到2020年中国大气污染损失占GDP的比重将高达13%，经济损失惊人。

解决汽车尾气对大气污染的主要措施包括行政强制措施、尾气机内净化（新型燃料）和尾气机外净化（三元催化剂）措施以及近几年出现的各种可降解尾气的新材料（建筑涂料）。但是现有的这些方法在经济性或实用性方面均存在一些难以解决的问题。2007年9月在我国几大城市试行的“无车日”以及北京的“单双号出行”；上海实施多年拍牌政策；2010年北京、上海、广州、天津与贵阳5个城市开始实施汽车限购，并且2013年7月中汽协预测天津、深圳、杭州、石家庄、重庆、青岛、武汉等8城市均存在实施限购的可能；这些行政控制措施虽然可以很大程度上的限制尾气排放，改善空气质量，但这一措施管理和控制方面存在很大难度，并且给居民的出行带来一定的困难，是一种治标不治本的方法；新型燃料的开发需要大量的科研和经费的投入，在推广应用上也存在一定的难度；三元催化剂虽已研究应用多年，但仍然存在着很多难以解决的难题，比如冷启动问题、成本问题等；国际上现有的一些环保涂料是近年来研究的热门，但在国内还处于起步阶段，大工程量的应用还有一定的难度。

采用纳米光催化材料净化汽车尾气是对已经排入大气环境的汽车尾气采取净化措施，该技术是空气污染控制的新技术之一。光催化技术分解汽车尾气技术可直接在光的作用下，使尾气污染物矿化，并且该技术无二次污染。用于光催化净化环境污染物的催化剂多为n型半导体，如二氧化钛、氧化锌、硫化镉、二氧化锡和三氧化二铁等。TiO₂纳米光催化材料，因其无毒，对人体和环境无害、高效、多功能，且具有较强的氧化还原能力、化学安定性、环境友善性等特点，成为最具有前途的绿色环保光催化剂。路面材料和道路设施是汽车尾气的直接承受者，若将TiO₂纳米光催化材料复合在水泥混凝土或沥青混合料基体中，或将其直接喷涂到水泥混凝土路面和沥青混合料路面上，制成环保型水泥混凝土或沥青混合料路面材料，或将纳米光催化材料制成环保涂料涂刷在道路设施上，将会进一步消除汽车尾气污染。这种材料在汽车尾气刚刚排出时就开始对其净化，无需能源（除太阳能外），其净化效果好。将光催化技术应用到降解汽车尾气的研究当中，是具有很大发展潜力的污染物催化净化新技术，它是一种节能、高效的绿色环保技术，有着很好的应用前景。

但是，TiO₂作为一种宽带隙半导体材料，光催化活性高，太阳能的利用率低，带隙较宽(锐钛矿为3.2ev)，只能吸收波长小于387.5nm的紫外辐射光；而且，光催化反应属于表面反应，若要催化分解汽车尾气，需将尾气首先吸附在催化剂颗粒的表面，这些缺点严重制约了光催化技术的实际工业应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种吸收分解路面汽车尾气的可见光催化复合材料及其制备方法。该复合材料能够将汽车尾气有效的吸附在光催化颗粒表面进行分解，将TiO₂光催化剂的吸收光谱拓展至可见光区域并使NO_x最终转化成硝酸钙，从而提高了汽车尾气的光催化降解效率。

本发明的技术方案如下：