專(zhuān)利名稱(chēng)：用于空氣凈化的摻鈰納米二氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化材料，具體涉及ー種用于空氣凈化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)濃度不高，但當(dāng)人體長(zhǎng)時(shí)間處于這種環(huán)境下時(shí)，會(huì)危害人體健康。目前浄化揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法常用有兩種ー種是吸附法，它是利用有吸附能力的多孔物質(zhì)將污染物從氣相中轉(zhuǎn)移至吸附劑上，但該法不能將污染物降解，且 吸附劑吸附飽和后必須進(jìn)行再生處理才能繼續(xù)使用；另一種是光催化浄化法，它是利用光催化劑在紫外線(xiàn)照射下生成的空穴具有的氧化分解能力，在室溫下可將有機(jī)污染物氧化為CO2和H2O等無(wú)機(jī)物，反應(yīng)條件溫和。納米ニ氧化鈦是光催化劑產(chǎn)品，其受光時(shí)生成化學(xué)活潑性很強(qiáng)的超氧自由基和氫氧自由基，攻擊有機(jī)物，達(dá)到降解有機(jī)污染物的作用。在治理室內(nèi)空氣污染吋，氣態(tài)污染物種類(lèi)繁多，単一污染物的濃度一般都較低，由于納米ニ氧化鈦光催化劑在光催化降解時(shí)與有機(jī)污染物的碰撞頻率比較低，導(dǎo)致光催化降解速率較慢，同時(shí)納米ニ氧化鈦的禁帶較寬(約為3. 2eV),電子和空穴容易復(fù)合，因而催化效率較低。綜合吸附法和光催化浄化法的優(yōu)勢(shì)，目前已出現(xiàn)有通過(guò)在活性炭纖維上負(fù)載納米ニ氧化鈦的用于凈化揮發(fā)性有機(jī)化合物的產(chǎn)品，如公開(kāi)號(hào)為CN1702202的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了ー種含納米ニ氧化鈦微粒的活性炭纖維及其制備方法和用途，該活性炭纖維是由活性炭纖維材料負(fù)載上納米ニ氧化鈦微粒而成，其中納米ニ氧化鈦微粒占總質(zhì)量的5 25% ;該活性炭纖維是采用溶膠ー凝膠法，先將TiO2的前驅(qū)體有機(jī)鈦化合物經(jīng)水解生成TiO2溶膠，并沉積于活性炭纖維上，溶膠經(jīng)干燥成為凝膠，再經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為納米TiO2微粒復(fù)合在活性炭纖維的表面，制得含納米ニ氧化鈦微粒的活性炭纖維。該發(fā)明所述的活性炭纖維既保持了活性炭纖維的多孔性，也增強(qiáng)了ニ氧化鈦微粒光催化活性，可用于低濃度揮發(fā)性有機(jī)污染物的去除，但其低濃度揮發(fā)性有機(jī)污染物的光催化分解率較低，在36%左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于空氣凈化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑及其制備方法。采用本發(fā)明所述方法制得的復(fù)合光催化劑對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的降解效率可達(dá)90%以上。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，它是先對(duì)納米ニ氧化鈦進(jìn)行摻雜硝酸鈰，得到摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液；然后取適量活性炭纖維置于上述懸濁液中，于超聲條件下浸泡20 60min，取出，晾干后置于200 220°C條件下保溫2 4h，即得。通過(guò)對(duì)納米ニ氧化鈦摻雜稀土鈰，可以延長(zhǎng)光生電子-空穴對(duì)的壽命，從而提高納米ニ氧化鈦的量子效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到提高納米ニ氧化鈦的光催化活性的目的。上述用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑更為具體的制備方法為按100 :8. 3 12. 5 :3 11的質(zhì)量比稱(chēng)取納米ニ氧化鈦、硅酸鈉和硝酸鈰，將納米ニ氧化鈦和硅酸鈉置于容器中，加水，攪拌使納米ニ氧化鈦均勻的分散于溶液中，形成懸濁液，所述水的加入量為使溶液中納米 ニ氧化鈦的濃度為10 40g/L ;再加入硝酸鈰，攪拌均勻，得到摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液；取適量活性炭纖維置于上述摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中，于超聲條件下浸泡20 60min，取出，晾干后置于200 220°C條件下保溫2 4h,即得。上述制備方法中，所述納米ニ氧化鈦、硅酸鈉和硝酸鈰的質(zhì)量比優(yōu)選為100 :10 12 :5 10。水的加入量?jī)?yōu)選為使溶液中納米ニ氧化鈦的濃度為20 30g/L。所述活性炭纖維置于摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中浸泡的時(shí)間優(yōu)選為30 40mino所述的晾干通常是在常溫條件下自然干燥。本發(fā)明所述方法中，所述的納米ニ氧化鈦可以是所有適用于光催化技術(shù)領(lǐng)域的納米ニ氧化鈦，最為優(yōu)選的是納米ニ氧化鈦P25。本發(fā)明所述方法中，在加水形成懸濁液過(guò)程中的攪拌，如果采用磁力攪拌，攪拌的時(shí)間通常為20 60min。加入硝酸鋪后的攪拌同樣需使硝酸鋪均勻的分散于溶液中,采用磁力攪拌時(shí)攪拌的時(shí)間通常為I. 5 3h。本發(fā)明所述方法中，活性炭纖維和摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液的用量比可根據(jù)需要確定，但需保證加入的活性炭纖維全部浸沒(méi)于摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中。通常，IOOmL的摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中，活性炭纖維的加入量為O. 050 O. 060g較合適。本發(fā)明還包括由上述方法制得的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述方法通過(guò)對(duì)納米ニ氧化鈦摻雜稀土鈰，從而延長(zhǎng)光生電子_空穴對(duì)的壽命，提聞納米_■氧化欽的量子效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到提聞納米_■氧化欽的光催化活性的目的；整個(gè)方法簡(jiǎn)單易控，由該方法得到的產(chǎn)品對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物尤其是甲醛氣體的降解效率高，可達(dá)90%以上。
具體實(shí)施例方式下面以實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。實(shí)施例II)稱(chēng)取I. OOg的納米ニ氧化鈦P25粉末、O. IOg的Na2SiO3和O. 03g硝酸鈰(它們的質(zhì)量比為100 10 :3)，備用；2)將稱(chēng)取的納米ニ氧化鈦P25粉末和Na2SiO3置于容器中，加入IOOmL蒸餾水(納米ニ氧化鈦P25的濃度為10g/L)，磁力攪拌30min，然后加入稱(chēng)取的硝酸鈰，磁力攪拌2h，得到摻雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液；3)取O. 050g活性碳纖維置于上述摻雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中，超聲波條件下浸泡30min，取出，室溫條件下晾干后再置于200°C條件下保溫3h，取出，冷卻，得到本發(fā)明所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑。將上述制得的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑置于石英管(內(nèi)徑26mm、長(zhǎng)250mm)中，在石英管的上下兩方分別放置I支激發(fā)光主波長(zhǎng)為254nm的8W紫外燈。室溫條件下，將含甲醛濃度為2mg/m3的氣體從石英管中通過(guò)，氣體流量為O. 5L/min,在紫外燈照射下，出ロ甲醛濃度為O. 19mg/m3,甲醛降解效率達(dá)90. 5%。實(shí)施例2I)稱(chēng)取I. 80g的納米ニ氧化鈦粉末(銳鈦礦型)、O. 20g的Na2SiO3和O. 09g硝酸鈰(它們的質(zhì)量比為100 11. I :5)，備用；2)將稱(chēng)取的納米ニ氧化鈦粉末和Na2SiO3置于容器中，加入IOOmL蒸餾水(納米ニ氧化鈦的濃度為18g/L)，磁力攪拌20min，然后加入稱(chēng)取的硝酸鈰，磁力攪拌I. 5h，得到摻 雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液；3)取O. 050g活性碳纖維置于上述摻雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中，超聲波條件下浸泡40min，取出，室溫條件下晾干后再置于220°C條件下保溫4h，取出，冷卻，得到本發(fā)明所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑。將上述制得的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑置于石英管(內(nèi)徑26mm、長(zhǎng)250mm)中，在石英管的上下兩方分別放置I支激發(fā)光主波長(zhǎng)為254nm的8W紫外燈。室溫條件下，將含甲醛濃度為2mg/m3的氣體從石英管中通過(guò)，氣體流量為O. 5L/min,在紫外燈照射下，出ロ甲醛濃度為O. 152mg/m3,甲醛降解效率達(dá)92. 4%。實(shí)施例3I)稱(chēng)取2. 40g的納米ニ氧化鈦P25粉末、O. 20g的Na2SiO3和O. 24g硝酸鈰(它們的質(zhì)量比為100 :8. 3 :10)，備用；2)將稱(chēng)取的納米ニ氧化鈦P25粉末和Na2SiO3置于容器中，加入IOOmL蒸餾水(納米ニ氧化鈦P25的濃度為24g/L)，磁力攪拌50min，然后加入稱(chēng)取的硝酸鈰，磁力攪拌3h，得到摻雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液；3)取O. 060g活性碳纖維置于上述摻雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中，超聲波條件下浸泡60min，取出，室溫條件下晾干后再置于210°C條件下保溫2h，取出，冷卻，得到本發(fā)明所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑。將上述制得的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑置于石英管(內(nèi)徑26mm、長(zhǎng)250mm)中，在石英管的上下兩方分別放置I支激發(fā)光主波長(zhǎng)為254nm的8W紫外燈。室溫條件下，將含甲醛濃度為lmg/m3的氣體從石英管中通過(guò)，氣體流量為O. 5L/min，在紫外燈照射下，出ロ甲醛濃度為O. 049mg/m3,甲醛降解效率達(dá)95. 1%。 實(shí)施例4I)稱(chēng)取4. OOg的納米ニ氧化鈦P25粉末、O. 40g的Na2SiO3和O. 28g硝酸鈰(它們的質(zhì)量比為100 10 :7)，備用；2)將稱(chēng)取的納米ニ氧化鈦P25粉末和Na2SiO3置于容器中，加入IOOmL蒸餾水(納米ニ氧化鈦P25的濃度為40g/L)，磁力攪拌60min，然后加入稱(chēng)取的硝酸鈰，磁力攪拌2h，得到摻雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液；3)取O. 060g活性碳纖維置于上述摻雜硝酸鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中，超聲波條件下浸泡20min，取出，室溫條件下晾干后再置于200°C條件下保溫3h，取出，冷卻，得到本發(fā)明所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑。將上述制得的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑置于石英管(內(nèi)徑 26mm、長(zhǎng)250mm)中，在石英管的上下兩方分別放置I支激發(fā)光主波長(zhǎng)為254nm的8W紫外燈。室溫條件下，將含甲醛濃度為lmg/m3的氣體從石英管中通過(guò)，氣體流量為O. 5L/min，在紫外燈照射下，出ロ甲醛濃度為O. 055mg/m3,甲醛降解效率達(dá)94. 5%。
權(quán)利要求
1.用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于對(duì)納米ニ氧化鈦進(jìn)行摻雜硝酸鈰，得到摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液，取適量活性炭纖維置于上述懸濁液中，于超聲條件下浸泡20 60min，取出，晾干后置于200 220°C條件下保溫2 4h,即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于按100 :8. 3 12. 5 :3 11的質(zhì)量比稱(chēng)取納米ニ氧化鈦、硅酸鈉和硝酸鈰，將納米ニ氧化鈦和硅酸鈉置于容器中，加水，攪拌使納米ニ氧化鈦均勻的分散于溶液中，形成懸濁液，所述水的加入量為使溶液中納米ニ氧化鈦的濃度為10 40g/L ;再加入硝酸鈰，攪拌均勻，得到摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液；取適量活性炭纖維置于上述摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中，于超聲條件下浸泡20 60min，取出，晾干后置于200 220°C條件下保溫2 4h，即得。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于所述納米ニ氧化鈦、硅酸鈉和硝酸鈰的質(zhì)量比為100 :10 12 5 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于水的加入量為使溶液中納米ニ氧化鈦的濃度為20 30g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于所述活性炭纖維置于摻鈰的納米ニ氧化鈦懸濁液中浸泡的時(shí)間為30 40min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在干所述的納米ニ氧化鈦為納米ニ氧化鈦P25。
7.權(quán)利要求I 6中任一項(xiàng)所述方法制得的用于空氣浄化的摻鈰納米ニ氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于空氣凈化的摻鈰納米二氧化鈦/活性炭纖維復(fù)合光催化劑及其制備方法。所述的制備方法為對(duì)納米二氧化鈦進(jìn)行摻雜硝酸鈰，得到摻鈰的納米二氧化鈦懸濁液，取適量活性炭纖維置于上述懸濁液中，于超聲條件下浸泡20～60min，取出，晾干后置于200～220℃條件下保溫2～4h，即得。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述方法通過(guò)對(duì)納米二氧化鈦摻雜稀土鈰，從而延長(zhǎng)光生電子-空穴對(duì)的壽命，提高納米二氧化鈦的量子效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到提高納米二氧化鈦的光催化活性的目的；整個(gè)方法簡(jiǎn)單易控，由該方法得到的產(chǎn)品對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物尤其是甲醛氣體的降解效率高，可達(dá)90%以上。
文檔編號(hào)B01J23/10GK102658115SQ201210142480
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者莫德清 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)