[发明专利]一种泡沫陶瓷基光催化组件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种泡沫陶瓷基光催化组件及其制备方法。

背景技术

随着近几十年经济的快速发展，室内空气污染引起了越来越多的人的关注。传统的污染治理方法有通风换气、种植绿色植物等，在科技飞速发展的今天，环保涂料、光触媒和空气净化器成了市场的主流。但是，涂料和光触媒中含有大量成膜物质和助剂，易将催化剂颗粒包覆，隔绝了催化剂和污染物质的接触，使其无法发挥作用；空气净化器多数将活性炭吸附作为主要技术，其效果仅仅是把室内空气污染物从气相转移到固相，不能彻底清除污染物，需要再生使用，且脱附可能会带来二次污染。而光催化技术具有反应效率高，稳定性好，可在常温常压下使用以及无二次污染等特点，紫外光还具有杀菌、除臭的作用，在室内空气净化方面具有很大的应用前景。

目前TiO₂薄膜制备方法主要有：①溶胶凝胶法；②浸渍负载法；③电泳沉积法；④气相沉积法；⑤液相沉积法；⑥分子吸附沉积法：⑦水解沉淀法；⑧偶联法：⑨掺杂法；⑩离子交换法、阳极氧化法等。其中，溶胶凝胶法可以在相对较低的温度下合成高纯度的纳米晶体粉末，通过液相的化学途径，精确控制材料组分达到设计的化学配比，实现材料组分的均匀性达到亚微米级、纳米级甚至是分子级水平，通过液相过程实现其它工艺途径无法达到的多元组分材料和复合材料。此外，溶胶凝胶法还能使催化剂与载体紧密结合，避免大风量造成催化剂流失的情况。

窦雁巍等(窦雁巍；徐明霞；徐廷献，溶胶-凝胶法制备TiO₂薄膜中溶胶结构的研究.硅酸盐学报2002，30(87-89).)认为溶胶-凝胶过程包含了多步水解和缩聚反应。在凝胶生成过程中，首先产生大量小聚合物分子，然后小分子之间聚合形成分子长链，继而分子长链之间以及分子长链与小聚合物分子之间也进行聚合反应，最终形成二维、三维甚至多维的网状结构。该网状结构的形成没有特定的方向和趋势，制得的凝胶一般为多晶态，在亚宏观尺度(几百个分子的长度以上)主要为无规则的交联网状结构；在微观尺度(几个分子的长度以内)为锐钛矿相或金红石相结构。

影响光催化效果的因素很多，催化剂本身的影响主要有晶体结构、粒径和比表面积。比表面积大，光照面积就大，形成的电子空穴越多，表现为光催化效率越高。同时，比表面积大小是反映基质吸附量的重要因素，光催化反应发生在催化剂表面，目标污染物被大量吸附是光催化降解的前提，比表面积越大，则吸附量越大，催化活性越高。比如江伟辉等(江伟辉；包镇红，非水解溶胶-凝胶法制备TiO₂光催化薄膜.硅酸盐学报2007，35(11)，1508-1513.)以TiCl₄为前驱体，无水乙醇为氧供体，聚乙二醇(PEG)2000为成膜控制剂，通过非水解溶胶-凝胶法制备了TiO₂光催化薄膜，结果表明，TiCl₄浓度和聚乙二醇用量是影响薄膜结构和光催化性能的关键因素，且存在最佳聚乙二醇添加量。

泡沫陶瓷是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后，最近发展起来的第三代多孔陶瓷产品，其气孔率高达70％-90％，体积密度只有0.3-0.6g/cm³，具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构。这种高技术陶瓷除了具有耐高温、耐腐蚀等一般陶瓷所具有的性能外，且具有密度小、气孔率高、比表面积大，对流体自扰性强等特点，被广泛地应用于冶金、化工、轻工、食晶、环保，节能等领域。

截止目前，未见有人报道在泡沫陶瓷上负载晶粒细小且孔隙及孔径分布均匀的高比表面积多孔TiO₂薄膜的制备方法，并且将制得的光催化组件应用于室内空气中低浓度甲醛、苯系物的降解。

发明内容

本发明提供了一种泡沫陶瓷基光催化组件及其制备方法，在泡沫陶瓷表面负载高活性TiO₂薄膜，并添加聚乙二醇400和商用P25-TiO₂来提高催化剂性能，旨在得到一种可应用于室内空气净化装置中的泡沫陶瓷基光催化组件。

一种泡沫陶瓷基光催化组件，由纳米TiO₂负载在泡沫陶瓷上组成。

泡沫陶瓷的气孔率为70-90％，体积密度为0.3-0.6g/cm³，具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构，透过性高，比表面积大，使负载在其上的活性组分纳米TiO₂能够与污染物充分接触，催化效果好，使用寿命长且无二次污染。