[发明专利]纳米功能化的支架及其生产方法

说明书

纳米功能化的支架(1)包含施加表面(2)和被沉积在施加表面(2)上的光催化纳米颗粒涂层(3)。光催化纳米颗粒涂层(3)包含掺杂有含氮掺杂剂的二氧化钛。

描述

发明领域

本发明涉及用于减少气体混合物中的污染剂的装置的领域。

特别地，本发明涉及一种纳米功能化的支架(nano-functionalized support)，其特别适合于安装在空气过滤器中。

发明背景

多年来人类活动的发展和扩展已经导致我们呼吸的空气中存在的污染物质的日益显著增加。

特别地，注意力越来越聚焦于例如由生产系统和运输工具产生的污染物的排放对环境和生态系统具有的影响。

然而，许多研究已经表明，聚集在封闭区域的污染物水平可以等于或者甚至大于外部环境中存在的水平。

以最高水平存在的物质通常是氮氧化物(NO_x)和挥发性有机化合物(VOC)，它们也可以来源于常用的家用物品，包括：清洁产品、除臭剂、空气调节系统和室内陈设(interiorfurnishings)。

对确保室内、家庭或工作环境的可居住性，而不危害居住者的健康的需求已经导致对过滤系统的研究，该过滤系统能够去除所有可能对人类健康有害的物质或者至少能够使这些物质无害。

特别地，已知在氧气和水的存在下，光催化化合物诸如二氧化钛能够有效地分解和氧化空气中存在的上述污染物化合物。

该特性已经导致二氧化钛成为一种特别地用于空气过滤器生产领域的化合物，因为它能够显著地改善在家庭和工作环境中呼吸的空气的质量。

特别地，锐钛矿形式的二氧化钛仍然是该领域中最有前景的光催化活性半导体，并且已经做出了许多努力来试图优化用于生产和应用该特定晶体形式的工艺。

例如，根据同一申请人在文件WO2007088151中公开的方法，使用用于生产二氧化钛纳米颗粒的水性分散体的方法已经获得了该领域的优异结果。

更详细地，二氧化钛具有光催化性质，当化合物用例如具有在300nm和390nm之间的范围的波长的紫外光照射时，光催化性质可以被激活，并且因此仅5％的可见光辐射能够激活它。

入射光子被二氧化钛吸收，导致自由基的形成，自由基能够氧化许多环境污染物，从而使它们无害。

由此可见，这种类型的装置具有非常低的效率水平，除非它与专门设计和生产的紫外灯结合使用，以实现激活二氧化钛的功能。

在过去几十年中，可见辐射吸收缺乏的问题已经通过使用能够提高TiO₂在可见区域中的光催化效率的掺杂剂被解决。已经研究的一些掺杂剂是例如贵金属、稀土元素、若干种过渡金属(Cu、Ni、Co、Mn、Fe、Cr等)和非金属(诸如C、S、F和N)。特别地，通过使用掺杂有氮的TiO₂已经获得了有趣的结果，掺杂有氮的TiO₂改变了二氧化钛的带隙能量，增加了其在可见区域中的光催化效率。

关于氮掺杂的二氧化钛在可见区域中的光催化应用的实例在M.Tahir等人.(M.Tahir,B.Tahir,Applied Surface Science 377(2016)244-252)的文章中呈现，在该文章中描述了一种具有蜂窝结构并且包覆有氮掺杂的TiO₂的陶瓷支架。然而，该包覆的支架被专门用于研究在可见光辐射下，在分子氢的存在下，CO₂光催化还原为CO和CH₄的效率，而没有描述关于污染剂诸如氮氧化物(NO、NO_x、NO₂)和挥发性有机化合物(VOC)的氧化(也在可见区域中进行)的应用。