[发明专利]一种具有光热协同作用纳米TiO2

说明书

本发明属于生物安全和空气污染净化消毒材料技术领域，具体涉及一种纳米TiO₂@MnO₂复合材料的制备方法和利用其具有光热协同催化作用在杀灭细菌、病毒和净化去除含硫气体化合物（H₂S和SO₂）方面的应用。本发明提出了光‑热协同催化氧化新思路，将热催化材料MnO₂和光催化材料TiO₂的优势相结合，构筑分级异质结结构TiO₂@MnO₂复合催化材料，实现多层次、多维度，二组分的耦合和光热协同效应，提高杀灭细菌、病毒和净化去除含硫气体污染物及异味的催化活性。通过调控异质结匹配作用，提高光生电子‑空穴的分离效率、界面电荷的转移速率及热催化晶格氧的活性，实现光热协同作用最优的调控。

技术领域

本发明属于生物安全和空气污染净化消毒材料技术领域，具体涉及一种具有光热协同作用的纳米TiO₂@MnO₂复合材料及其制备方法和利用其具有的光热协同催化作用在杀灭细菌、病毒和净化去除含硫气体化合物(H₂S和SO₂)方面的应用。

背景技术

2019年末，一场新冠肺炎疫情爆发，感染人数众多，影响巨广，给家庭、国家以及整个世界都造成了不可估量的损失和代价。空气既是人类赖以生存的必要条件，也是流行病传播的重要媒介，因此公共场所密闭空间的空气消毒成为公共卫生安全的重要保障。在日常和生活工作中，人们有90％以上时间是在相对封闭或人员密集场所度过的，以空气为载体，病原微生物(细菌、病毒和真菌等)气溶胶的污染播散，导致了大量的以气溶胶进行传播的流行病，如以前的“SARS”和现如今的“新冠肺炎”以及其他流感病毒等，都不同程度危害着人们的身体健康，严重的则可能造成死亡。因此，开展气溶胶中病原微生物净化去除新材料的设计构筑，解决一些制约有害气溶胶去除的关键技术问题更是确保公共卫生安全和国民经济可持续发展的迫切需求。

随着经济的发展和社会的进步，越来越多的含硫气体化合物污染源出现在空气环境中，对数据中心电子通讯设备系统构成腐蚀威胁，去除H₂S和SO₂已成为环保部门重点监测控制的对象。H₂S气体来源广、嗅阈值低，是恶臭气体中最为典型的恶臭物质。目前国内许多行业中产生的越来越多的H₂S几乎未经过处理直接排放到大气中，严重污染了空气环境。随着人们对生活品质的要求及环境保护意识的不断提高，迫切需要寻找高效处理含硫气体化合物的治理方法。

光催化被认为是一种非常具有应用潜力的抗病毒、灭菌和H₂S气体净化去除技术，新型光催化材料的研发一直以来是环境材料领域的热点课题。其中纳米TiO₂由于具有良好的光催化性能，与同类N型半导体金属氧化物物质相比，TiO₂具有氧化活性好、稳定性强、无毒等优点，是一种绿色环境友好型材料，在抗菌除臭、污水处理、空气净化等方面有广阔的应用前景。TiO₂产生的光生电子-空穴对，一部分可直接与细菌的细胞壁(膜)等物质进行反应，另一部分可分别与环境中的H₂O、O₂、OH^-发生氧化还原反应，产生大量强氧化性自由基，当这些自由基与病毒和细菌接触时，便能迅速对细胞内的生物大分子蛋白质、核酸、酶等物质进行氧化分解，快速杀灭细菌、病毒，阻止细菌、病毒的传播和生长繁殖，使病毒和细菌最终快速死亡。光催化技术还可以在常温常压下将空气中的污染物SO₂、H₂S和NO_x和NH₃等有害气体最终氧化成SO₄^2-、NO₃^-和N₂等。