[发明专利]一种纳米材料空气净化剂

说明书

本发明提供一种纳米材料空气净化剂，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下原料：纳米氧化锌10～30％、二氧化钛1～15％、含氮半导体材料1～10％、羟基磷灰石1～10％、水性溶剂30～80％；含氮半导体材料的分子式为A3N4，其中，A表示可形成四价正电离子的元素，N表示氮元素。羟基磷灰石羟基中的能够与甲醛发生相互作用，从而能够对TiO₂和ZnO降解甲醛产生一定的催化效果，提高光触媒在可见光催化下的甲醛降解效率。此外，本发明所采用的含氮半导体材料具有稳定性高、机械性能好、带隙可调节等优点，将其与TiO₂、ZnO复配使用，能够对这两者的带隙宽度以及起到有效的调节作用，从而本发明所提供的光触媒组合物在可见光激发下的响应活性。

技术领域

本发明属于光触媒技术领域，具体地，涉及一种纳米材料空气净化剂。

背景技术

光触媒也叫光催化剂，能在光照射下产生强氧化性的物质(如羟基自由基、氧气等)，并且可用于分解有机化合物、部分无机化合物、细菌及病毒等。日常生活中，光触媒能有效地降解空气中有毒有害气体如甲醛等，高效净化空气；同时，能够有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。具有代表性的光触媒材料是二氧化钛，人们对其光催化性能已经进行了广泛的研究。氧化锌具有与二氧化钛类似的半导体特性，而且，与二氧化钛相比，氧化锌具有更高的光吸收效率，此外，氧化锌还具有生产成本低、无毒等优势，被认为是二氧化钛的理想替代材料以作为应用于光触媒产品中。TiO₂和ZnO都属于宽禁带宽度的半导体材料，两者的禁带宽度都约为3.2e V，宽禁带使TiO₂和ZnO具有良好的光催化活性，然而，也对其太阳光利用率产生了一定的限制，具体而言，在可见光激发下TiO₂和ZnO的响应活性都不高，限制了光触媒在日常生活、工作环境中的推广应用。基于此，研制对可见光具有高响应活性的光触媒，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米材料空气净化剂，以提高光触媒对可见光的响应活性。

根据本发明的一个方面，提供一种纳米材料空气净化剂，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下原料：纳米氧化锌10～30％、二氧化钛1～15％、含氮半导体材料1～10％、羟基磷灰石1～10％、水性溶剂30～80％；含氮半导体材料的分子式为A₃N₄，其中，A表示可形成四价正电离子的元素，N表示氮元素。在本发明所提供的纳米材料空气净化剂中，羟基磷灰石羟基中的能够与甲醛发生相互作用，从而能够对TiO₂和ZnO降解甲醛产生一定的催化效果，提高光触媒在可见光催化下的甲醛降解效率，另一方面，羟基磷灰石中的羟基也能够与水性溶剂形成氢键，均匀地分散在光触媒水溶液中，提高光触媒水溶性的均匀性和储存稳定性。此外，本发明所采用的含氮半导体材料具有稳定性高、机械性能好、带隙可调节等优点，将其与TiO₂、ZnO复配使用，能够对这两者的带隙宽度以及起到有效的调节作用，从而本发明所提供的光触媒组合物在可见光激发下的响应活性。

优选地，含氮半导体材料的分子式中，A选自C、Ge中的至少一种。C₃N₄和Ge₃N₄的带隙宽度都比较窄，使其与TiO₂、ZnO耦合，能够形成p-n结异质结构，从而缩小TiO₂、ZnO的带隙宽度，拓宽TiO2、ZnO的光催化活性激发波长范围，还可以利用能级差、p-n结内建电场有效分离光生电子-空穴对，提高光触媒组合物的光催化活性。

优选地，在配制纳米材料空气净化剂时，采用微波法对含氮半导体材料和二氧化钛进行预处理，具体操作如下：将含氮半导体材料和二氧化钛混合，将由此得到的混合物置于微波反应器中，控制微波辐射功率为500～600W，进行微波辐射5～10分钟。

优选地，含氮半导体材料为Ge₃N₄。