[发明专利]光电耦合促进气相污染物分解净化方法

说明书

本发明提供了一种光电耦合促进气相污染物分解净化的方法，属于气相污染物净化处理与节能资源化技术领域。用Pt/TiO₂‑ZnO和硅溶胶固定涂覆的方法在不锈钢网上形成导电催化复合膜电极，将其和阳极连接，经与电解质溶液和外电阻构成电路回路，因此施加光电作用于催化电极上，构成气相污染物的节能高效催化净化系统。分别实现了在光催化电催化和光电催化作用下的气相污染物的降解净化。催化膜电极及组件辅助作用下，系统净化去除空气中的甲醛。外电阻的变化直接影响光催化与电催化的净化效果。在光催化或者电催化条件下，系统仍然可以净化降解甲醛气体并产电。

技术领域

本发明属于气相污染物净化处理与节能资源化技术领域，涉及Pt/TiO₂-ZnO纳米复合催化剂、及光电催化功能膜组件的制备，及其光电催化协同作用，分解净化污染物且产生电能，同时对空气中VOCs的降解起到促进作用，有助于提高空气质量，为治理室内空气污染起到促进作用。

背景技术

催化氧化甲醛的操作温度通常远高于室温，难以满足室内空气净化所需的常温常压、能耗低的要求, 因此只有开发出室温、常压下能完全氧化甲醛为H₂O 和CO₂ 的材料, 才有希望实现催化氧化技术在室内空气甲醛净化方面的实际应用.室内污染物甲醛的浓度一般较低，如何提高低浓度下污染物的去除效果，成为了研究者的研究焦点。不同的净化方法（植物生态法，物理吸附法，臭氧氧化法，光催化技术，热催化氧化技术），在能够发挥净化作用的同时都存在着各自的局限性。目前，将Pt/TiO₂-ZnO光电催化引入电光协同反应中去除室内甲醛的报道还未出现。

为了提高室内低浓度条件下污染物的去除效果，实验前期将光催化技术和电催化技术相结合，将Pt/TiO₂-ZnO催化剂引入光电协同反应器中，以达到去除污染的目的，贺泓组研究负载型贵金属催化剂用于室温催化氧化甲醛和室内空气净化中，将Pt/TiO₂催化剂在室温下去除甲醛，有较好的去除效果。目前，以Pt/TiO₂-ZnO作催化剂，将此二者技术相结合，大大的降低了室内空气中甲醛的含量，在室内空气净化技术中有重要意义。

TiO₂多相光催化在环保领域内的水和气相有机、无机污染物的光催化去除方面取得了较大进展，被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术；TiO₂以其化学稳定性好、无毒、廉价易得等特点，被誉为较为理想的环境治理光催化剂；纳米TiO₂粒子具有比表面积大、扩散性好等特性，用TiO₂作载体的催化剂具有活性高、选择性好、抗中毒性强、低温活性好、表面酸性可调、高温可还原等优点；不过，单一TiO₂在光催化过程中也存在着一些缺陷，例如，带隙较宽，只能吸收紫外光和光催化效率较低等． 为此，将TiO₂与其他半导体材料复合的研究逐渐增多；相关研究显示，TiO₂与其他半导体材料复合后，所合成的复合材料往往比单体具有更好的物理化学性质和光催化活性．

另外，ZnO 属于宽禁带( 3. 37 eV) 半导体材料，其独特的光学和电学性能不仅使其在纳米激光器、太阳能电池等中得到广泛的应用，而且在光电催化降解有机污染物的应用中也有着显著的表现． 同时，ZnO 化学性能稳定，原料丰富，价格低廉等优点，也使其成为一种有着广泛前景的催化材料。 应该说，从半导体禁带宽度及导带和价带的能级位置来看，TiO₂和ZnO 是目前比较理想的光催化剂，将TiO₂和ZnO 复合在一定程度上可有效提高其光电催化的性能。

多数研究结果表明，负载Pt等贵金属能提高二氧化钛的光催化活性，载铂还能延长光催化剂的失活时间，并且具有很好的导电能力，其纳米颗粒的大小光电耦合系统中有助于促进气相污染物的净化。本申请以Pt/TiO₂-ZnO作为实验催化剂，希望以此催化剂能够大大降解气相污染物，以达到空气净化的效果。

发明内容