[发明专利]一种基于除醛、抗菌的纳米级Cu2

说明书

一种基于除醛、抗菌的纳米级Cu₂O‑MnO₂双金属氧化物的制备方法，属于复合材料技术领域。本发明通过聚乙二醇+电化学沉积原位生长，创新性的构筑出Cu₂O‑MnO₂‑CC双金属氧化物复合材料，其中Cu₂O晶粒尺寸～10nm并且均匀分布。本发明所制备的复合材料可以实现除醛、抗菌双功效作用，可以广泛应用于空气净化器、空调等设备上，原材料简单易得、价格低廉适应于大规模生产。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种基于除醛、抗菌的纳米级Cu₂O-MnO₂双金属氧化物的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展与社会的进步，人们对室内环境的空气质量问题给予了更多的关注与重视。室内空气环境受限于装修技术与整体空间的密闭性，造成各类气态污染物的释放与微生物的增生，由此带来了一系列的家居舒适度与健康问题。据调查表明，室内空气污染源一般可分为二类：化学污染、生物污染。其中化学污染主要是由室内挥发性有机物的释放造成的，挥发性有机物主要为房屋建材、家具、涂料等装饰材料所释放的醛类、苯类、氨类等，其中甲醛(HCHO)具有强烈的刺激性，长期处于低浓度HCHO环境中容易引起慢性呼吸道疾病，诱发各类癌症，并且对人体的中枢神经产生极大的危害。生物污染主要是由室内细菌、病毒所引起的污染。在适宜的温湿度条件下，室内微生物数量会呈指数及增生。并且由于其个体小、分布广泛、繁殖迅速、变异能力强等特点，室内微生物是引起各类传染病传播的直接途径。

目前，室内HCHO的控制策略主要包括通风换气和物理吸附等，其中通风换气对通风时间和风速有要求，而且该过程只是对HCHO进行稀释作用。物理吸附具有成本低、短时间除醛效率高等优点，但是存在易脱附形成二次污染、吸附容量有限等缺点。相较于上述HCHO控制策略，催化氧化法作为一种末端控制技术可以让HCHO与空气中的O₂发生氧化还原反应生成游离态的CO₂和H₂O，具有降解效率高、成本低、无有毒副产物等优势，催化氧化法又分过渡金属催化氧化和光催化氧化这几类，其中二氧化锰(MnO₂)材料作为最具潜力的过渡族金属氧化物之一，其丰富的价态(Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺)、形貌结构简易可调(纳米线、棒、花)、低催化反应能垒可以对室内空气环境中的HCHO污染起到遏制和分解的作用。此外，单一成分的氧化亚铜(Cu₂O)自身并没有降解HCHO的能力，但它作为一种P型半导体光催化材料，其禁带宽度为2.17eV，在可见光的激发下可以促使空气中的H₂O和O₂解离为具有极强氧化还原性的羟基自由基(·OH)超氧阴离子(·O₂^-)，能与催化剂表面上的HCHO分子生成对环境无害的CO₂和H₂O。并且随着细菌病毒的传播，流感病毒肆虐全球，Cu₂O也可作为一种抗菌剂应用于杀菌抗病毒领域，可以通过与细菌接触释放铜离子，与DNA、RNA、酶蛋白等阴离子生物分子相互作用抑制细菌活性，也可有效的灭活SARS-CoV-2病毒^[1]。然而，由于目前室内空气污染物成分复杂，单纯的依靠一种空气净化材料对室内污染物进行处理，净化效率是难以让人满意的，因此以多种材料进行复合不同净化技术进行联合的复合净化材料有着优异的发展前景，其中构筑MnO₂为基底复合新型光催化剂Cu₂O的双金属氧化物室内空气净化材料，实现室内除醛、抗菌双功效净化作用有着广阔的应用前景。当前，Tik Ouiram等^[2]使用单步回流法合成得到了Cu₂O-MnO₂粉末，其制备的双金属氧化物存在比表面积低、易团聚、晶粒尺寸大、原子利用率低等问题，而在HCHO催化氧化过程中需要催化剂具有大的比表面积吸附空气中的HCHO，而Cu₂O作为第二相若团聚其上会进一步阻碍活性位点降低催化效率；此外，在抗菌过程中也需要抗菌剂具有高分散度、小晶粒尺寸，这样Cu₂O暴露的比表面积越大，与细菌接触后越容易释放Cu⁺杀灭细菌。所以，如何制备大面积MnO₂负载型催化剂并促使Cu₂O第二相以纳米尺度均匀分散其上实现一种室内除醛、抗菌双功效作用的双金属氧化物是目前所面临的主要问题。