[发明专利]一种用于净化空气中有机气体污染物及抑菌的Z型异质结光热催化剂

说明书

本发明公开了一种用于净化空气中有机气体污染物及抑菌的Z型异质结光热催化剂，由铜的氧化物、银、钛酸锶或二氧化钛组成，其光生电荷呈现Z型传递路径。该异质结催化剂不仅能通过光热协同催化氧化作用净化室内甲醛、甲苯等有机气体污染物，还将银、铜的氧化物的化学消杀抗菌性与光催化抗菌性结合使其具有优异的抗菌性能。该催化剂制备工艺简单、成本较低、适合宏量制备和推广应用于室内空气净化相关领域。

技术领域

本发明涉及一种用于净化空气中有机气体污染物及抑菌的Z型异质结光热催化剂，及其在有机气体污染物净化和抑菌中的应用，属于环境保护技术领域。

背景技术

近年来室内外空气污染问题日益严重，其中挥发性有机化合物(VOCs)就是典型的气体污染物，研发一种绿色低能耗的方式高效去除VOCs是目前亟需解决的难题。为了解决传统光催化低效率及热催化高能耗等问题，国内外研究者们提出了光热协同催化氧化技术，达到比单一光催化或热催化氧化更高的催化活性。光热催化净化空气污染物的关键是开发高效光热催化材料。异质结的构筑是促使载流子在半导体界面的传递与分离的一种有效手段，能显著提高催化效率。相较于传统异质结，Z型异质结独特的电子传输途径使得催化剂在保证电子-空穴分离效率的同时，可增强其氧化还原能力。全固态Z型异质结催化剂通常由两个半导体与接触界面间的电子导体构成。贵金属纳米粒子是最常用的中间电子导体，研究表明贵金属的表面等离子体共振(SPR)效应能有效提高其催化活性。专利ZL201810417799.2提供了一种由TiO₂纳米管阵列(TiNT)、AgBr和Ag构成的Z型AgBr/Ag/SrTiO₃-TiNT催化剂，对于甲醛、对二甲苯和乙酸乙酯等单体小分子有机物及其混合物都具有一定的催化效能，可用于降解空气中常见的有机污染物。然而催化剂制备流程复杂、Ag负载量过高、催化材料成本高，不易推广应用。

此外，除了甲醛等化学性污染物的净化，室内细菌和病毒等生物污染的防控也逐渐引起人们的关注。研发能够同时去除室内甲醛、苯系物等VOCs化学污染物和杀菌消毒功能的高效多功能环境净化材料和技术关系民生，具有良好的应用前景。目前，纳米抗菌材料，如铜、银、二氧化钛等纳米粒子，的消杀机制主要包括化学消杀以及光催化杀菌机理（活性氧抗菌机理）。纳米材料的化学消杀是利用金属离子破坏微生物细胞膜的通透性从而达到灭菌消毒的效果；而光催化杀菌是基于光催化机理，半导体无机材料光照后产生具有较强氧化性的·OH和·O₂^-自由基，自由基与水及细菌进一步作用从而破坏细胞结构。然而，无论化学消杀法还是光催化消杀法，都存在一定的应用局限性、消杀细菌的能力不足。

发明内容

针对上述室内空气VOCs和细菌污染物净化技术所面临的技术难题，本发明公开了一种由铜的氧化物、银、钛酸锶或二氧化钛组成的Z型异质结光热催化剂，其不仅能通过光热协同催化氧化作用高效净化室内甲醛、甲苯等有机气体污染物，还将银、铜的氧化物的化学消杀抗菌性与光催化抗菌性相结合，展现出优异的抗菌性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于净化空气中有机气体污染物及抑菌的Z型异质结光热催化剂，由铜的氧化物、银、钛酸锶或二氧化钛组成的CuO_x/Ag/SrTiO₃ (或TiO₂)异质结构，其光生电荷呈现Z型传递路径。

上述的异质结光热催化剂中，以催化剂的重量为100%计，单质银的重量分数为0.1~5%，铜的氧化物以单质铜的重量级，其重量百分比为0.5%~10%。

上述的异质结光热催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）在钛酸锶或二氧化钛载体上分散在银的前躯体溶液中，利用湿化学还原法在载体上原位沉积负载银；

（2）将步骤1中得到的固体产物干燥后，分散在铜的前躯体溶液，利用碱性条件下的沉积沉淀法负载铜，并通过在过程中加入还原剂调控铜的价态，在惰性气氛干燥后制得异质结光热催化剂。