[发明专利]光催化净化气体用层叠薄膜光催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明属于空气净化技术领域，公开了光催化净化气体用层叠薄膜光催化剂、制备方法及应用。该催化剂为非均相多层结构，基底之上均匀附着一层载体，载体之上均匀负载一层活性组分。采用化学气相沉积法将与载体相对应的载体前驱物均匀沉积于基底材料表面上，后可经焙烧处理，以形成载体薄膜；利用沉积‑沉淀法将活性组份负载于该载体薄膜上；经活化获得附着于基底的层叠薄膜光催化剂。将层叠薄膜光催化剂或其便利贴，置于空气气氛中，在一定温度、湿度和光照条件下，光催化脱除空气中的挥发性有机物。该方法可在室温、常压条件下使用，无二次污染和运行成本，适合室内外场所。该催化剂较传统粉末型光催化剂涂层，催化剂用量大大减小，成本显著降低。

技术领域

本发明属于空气净化技术领域，尤其涉及一种光催化净化气体用层叠薄膜光催化剂、制备方法及应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是雾霾诱因之一，也是室内空气主要污染物。脱除挥发性有机物对大气环境治理、人居环境改善具有极大意义。

传统的VOCs治理技术包括吸附法、冷凝法、燃烧法、催化燃烧法、生物降解法等。这些VOCs降解技术对于相应污染物源具有较好治理效果。然而由于其运行费用高、可靠性差、操作复杂、二次污染等因素，上述传统技术并不适用于常温常压条件下的气体净化领域。光催化技术可实现在常温常压条件下进行VOCs氧化(脱除)反应，具有条件温和、操作简便、无二次污染和运行成本低等优点。就外场能量密度而言，光场能量密度较其它热场、电场等低，因此，光催化技术是一种适用于环境领域，尤其是气体净化领域中气相中低浓度VOCs污染物的降解脱除技术。

光催化反应，是光能量场驱动的化学反应。当光能量大于催化剂的禁带能宽度时，产生分离的电子-空穴对，即分别跃迁至导带和价带，在催化剂表面形成相对应的物理活性位点处，发生两个半反应。价带(空穴)对应的物理活性位点处发生氧化半反应；导带(电子)对应的物理活性位点处发生还原半反应。因此，光催化反应，以分离的氧化反应、还原反应为特征，是两个彼此分离的半反应。常用半导体光催化剂(如TiO₂)，由于具有较大带宽，吸收只占太阳光谱5％紫外光照射才具有光催化活性。通过催化剂改性，如在半导体上负载等离子激元型金属纳米粒子，可将半导体光催化剂的光吸收范围扩大至可见光区域。

相比于传统粉末型光催化剂，层叠薄膜光催化剂由于在结构上具有独特性，即载体薄膜作为光催化剂底层，后担载(等离子激元型金属)活性组份作为顶层，如此形成层叠薄膜光催化剂。对于二维光能量场的吸收，薄膜较粉末形态的光催化剂利用率更高，因而光催化剂用量大大减小(成本随之降低)，且层叠薄膜光催化剂在基底上的附着力增强(耐久性随之提高)。催化剂失活后，层叠薄膜光催化剂便利贴，易去除更新。由于载体薄膜本身制备技术难度，及其负载金属纳米粒子过程难度更大，目前尚没有光催化净化气体用层叠薄膜光催化剂及其便利贴技术，尤其是面向可见光(太阳光、室内光源)条件下的光催化净化气体用层叠薄膜光催化剂及其便利贴技术。

发明内容

为了解决现有技术上所存在的问题，本发明提供了一种光催化净化气体用层叠薄膜光催化剂、制备方法及应用。

具体技术方案为：

一种光催化净化气体用层叠薄膜光催化剂，为非均相多层结构，基底之上均匀附着一层载体，载体之上均匀负载一层活性组分；其中，所述载体为TiO₂、CdS、ZnO、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂、Fe₂O₃中的一种或两种以上混合，活性组份为Au、Ag、Cu中的一种或两种以上混合。

进一步地，上述载体形成的薄膜厚度为纳米级到微米级；活性组份在催化剂中质量百分比为0.1–60％，其单位面积担载量为0.01μg/cm²–1g/cm²。