專(zhuān)利名稱(chēng)：光催化劑粉末及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式涉及具有出色的反應(yīng)效率的光催化劑(photocatalyst)粉末、以及其制造方法。
背景技術(shù)：
光催化劑是指任何通過(guò)吸收光而產(chǎn)生催化作用的物質(zhì)，例如，作為典型的光催化活性物質(zhì)，包括二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、和硫化鎘(CdS)。光催化劑自身未被光所改變。然而，由于光催化劑在其表面上呈現(xiàn)出強(qiáng)的氧化能力，光催化劑能夠使有害物質(zhì)例如有機(jī)化合物或細(xì)菌分解。光催化劑的主要功能包括:除去大氣中的環(huán)境污染物質(zhì)例如氮氧化物(NOx)或硫氧化合物(SOx)的功能，使與光催化劑接觸的細(xì)菌分解的抗菌和滅菌功能，使氨或甲醛分解的空氣凈化和除味功能，以及使作為水中污染物質(zhì)的有機(jī)氯化物化合物分解的水凈化功倉(cāng)泛。光催化劑物質(zhì)具備具有細(xì)粒子的粉末形狀。光催化劑然后通過(guò)與另外的物質(zhì)例如載體或粘結(jié)劑結(jié)合而被加工為團(tuán)簇(cluster)形狀。然而，當(dāng)將光催化劑粒子與粘結(jié)劑結(jié)合時(shí)，發(fā)生比表面積的降低、光被粘結(jié)劑漫反射、以及孔分布的減少，從而，光催化劑的效率可因此降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，一個(gè)方面是提供:光催化劑粉末，通過(guò)在不使用粘結(jié)劑的情況下對(duì)光催化劑粒子進(jìn)行粘結(jié)，所述光催化劑粉末能夠提供沒(méi)有比表面積的降低、具有改善的孔和出色的光吸收率的光催化劑；以及其制造方法。另外的方面將在以下描述中部分地闡明，并且部分地將由所述描述明晰，或者可通過(guò)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)踐而獲知。根據(jù)一個(gè)方面，制造光催化劑粉末的方法如下。通過(guò)將光催化劑物質(zhì)納米粒子經(jīng)由擠出而成型為一定形狀，可形成初始的光催化劑粉末。通過(guò)將所述初始的光催化劑粉末注入到預(yù)定的分裂(splitting)溶液中，可使所述初始的光催化劑粉末分裂成多個(gè)光催化劑粉末，所述初始的光催化劑粉末通過(guò)所述預(yù)定的分裂溶液而分裂成所述多個(gè)光催化劑粉末。所述方法可進(jìn)一步包括將所分裂的光催化劑粉末在預(yù)定溫度和預(yù)定壓力下煅燒(calcine)。所述方法可進(jìn)一步包括將經(jīng)煅燒的光催化劑粉末在預(yù)定溫度和預(yù)定壓力下燒結(jié)(sinter)。所述預(yù)定的分裂溶液可為無(wú)定形物溶液(不定形溶液，amorphous solution)或膠體溶液(colloidal solution)。所述預(yù)定的分裂溶液可為具有與所述光催化劑物質(zhì)相同的物質(zhì)的無(wú)定形物溶液。所述光催化劑物質(zhì)可為選自如下的至少一種:二氧化鈦(Ti02)、氧化鋅(ZnO)At化鎘(CdS)、鈦酸鋇(BaTiO3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、鈮酸鉀晶體(KNbO3)、和鈦酸鍶(SrTiO3)。在光催化劑物質(zhì)納米粒子經(jīng)由擠出的成型中，可將粘結(jié)劑物質(zhì)加入到所述光催化劑物質(zhì)納米粒子中。所述預(yù)定的分裂溶液可為具有陽(yáng)離子或陰離子摻雜物質(zhì)的摻雜溶液。根據(jù)另一方面,具有成簇的(clustered)光催化劑物質(zhì)納米粒子的光催化劑粉末特征如下。所述光催化劑物質(zhì)可為選自如下的至少一種:二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、鈦酸鋇(BaTiO3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、鈮酸鉀晶體(KNbO3)、和鈦酸銀(SrTiO3)。所述光催化劑物質(zhì)納米粒子可通過(guò)其內(nèi)聚力(粘聚力，cohesiveness)而成簇。所述光催化劑粉末可包括具有在所述光催化劑粉末的內(nèi)部成簇的粘結(jié)劑物質(zhì)粒子的粉末。所述光催化劑粉末可用陽(yáng)離子或陰離子摻雜。所述光催化劑粉末可具有在其表面處由與所述光催化劑物質(zhì)相同的物質(zhì)形成的阻隔物(barrier)。根據(jù)另一方面，通過(guò)將光催化劑物質(zhì)納米粒子經(jīng)由擠出成型而成型為一定形狀，可形成初始的光催化劑粉末。可將所述初始的光催化劑粉末注入到預(yù)定的分裂溶液中。所述預(yù)定的分裂溶液可為無(wú)定形物溶液或膠體溶液。所述預(yù)定的分裂溶液可為具有與所述光催化劑物質(zhì)相同的物質(zhì)的無(wú)定形物溶液。所述光催化劑物質(zhì)可為選自如下的至少一種:二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、鈦酸鋇(BaTiO3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、鈮酸鉀晶體(KNbO3)、和鈦酸鍶(SrTiO3)。如上所述，光催化劑粉末以及其制造方法使光催化劑粒子粘結(jié)而沒(méi)有比表面積的降低，使得可防止光催化劑的效率降低，同時(shí)，由于孔分布改變，增強(qiáng)了污染物質(zhì)的吸附性能，并且同時(shí)，由于通過(guò)不使用粘結(jié)劑使光的漫射減少，對(duì)于光催化劑的內(nèi)部，光反應(yīng)的誘發(fā)(induction)可為可能的。因此，通過(guò)固定光催化劑粒子，防止了散射現(xiàn)象，同時(shí)保持了光催化劑的出色性倉(cāng)泛。


由結(jié)合附圖考慮的實(shí)施方式的以下描述，這些和/或其它方面將變得明晰和更容易理解，其中:圖1為說(shuō)明通過(guò)SEM測(cè)量的具有通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的二氧化鈦(TiO2)粒子的光催化劑粉末的表面的照片。圖2A和2B顯示對(duì)圖1中所示的光催化劑粉末的表面成分進(jìn)行分析的圖和分析表。圖3顯示通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的比表面積圖。圖4為通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的吸附/解吸圖。圖5為通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的孔分布。
圖6為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的制造方法的流程圖。圖7為示意性地顯示在圖6中所說(shuō)明的流程圖的各個(gè)階段的圖。圖8為顯示在使用陽(yáng)離子作為摻雜物質(zhì)的情況下的帶隙的變化的圖。圖9為顯示在使用陰離子作為摻雜物質(zhì)的情況下的帶隙的變化的圖。圖1OA為顯示通過(guò)使用SEM拍攝的根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)光催化劑粉末即光催化劑大(mega)團(tuán)簇的圖。圖1OB為顯不放大的和拍攝的根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)光催化劑粉末的表面的圖。圖1lA和IlB顯不根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的表面成分的分析結(jié)果。圖12A為對(duì)根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的尺寸進(jìn)行分析的圖，和圖12B為顯不根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的形狀分布的圖。圖13為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的比表面積的圖。圖14為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的氮?dú)馕?解吸特性的圖。圖15為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的孔分布的圖。圖16為將根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的紫外線(xiàn)吸收率與常規(guī)的通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的紫外線(xiàn)吸收率進(jìn)行比較的圖。圖17為將根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式不具有供使用的粘結(jié)劑的光催化劑粉末除去污染物質(zhì)的性能與常規(guī)的使用粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末除去污染物質(zhì)的性能進(jìn)行比較的表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)介紹實(shí)施方式，其實(shí)例示于附圖中，其中相同的附圖標(biāo)記始終是指相同的元件。圖1為說(shuō)明通過(guò)SEM測(cè)量的具有通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的二氧化鈦(TiO2)粒子的光催化劑粉末的表面的照片，并且圖2A和2B顯示對(duì)圖1中所示的光催化劑粉末的表面成分進(jìn)行分析的圖和分析表。雖然二氧化鈦粒子為各自具有以nm為單位的直徑的納米粒子，但是作為粘結(jié)劑使用的硅Si具有比二氧化鈦粒子大的直徑。如圖1中所示，光催化劑粉末具有彼此結(jié)合的硅和二氧化鈦粒子，硅位于二氧化鈦粒子之間同時(shí)占據(jù)大的面積，并且因此孔不是均勻分布的且未明顯地顯示出不平整度(roughness)。因此，通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末具有較低的孔隙率和具有不足的不平整度，并且結(jié)果，顯示出隨著比表面積的降低而更低的反應(yīng)性。圖2A為對(duì)通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的表面成分進(jìn)行分析的圖。圖2B為對(duì)分析圖進(jìn)行總結(jié)的表。如圖2A和2B上所示，當(dāng)對(duì)具有結(jié)合的硅粘結(jié)劑和二氧化鈦粒子的光催化劑粉末的表面成分進(jìn)行分析時(shí)，硅粒子為約59.71重量％且二氧化鈦粒子為約40.29重量％，同時(shí)，硅粒子為約71.65原子％且二氧化鈦粒子為約28.35原子％。根據(jù)圖2A和2B的分析結(jié)果，通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末具有由粘結(jié)劑粒子而不是光催化劑粒子構(gòu)成的其表面，并且將當(dāng)光照射在這樣的光催化劑粉末上時(shí)，引起光的漫射，并且可不發(fā)生到光催化劑層內(nèi)部的光照射。圖3顯示通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的比表面積圖。圖4為通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的吸附/解吸圖。圖5為通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的孔分布。如圖3上所示，雖然光催化劑納米粒子具有約200m2/g的高的比表面積，但是通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末具有約0.15m2/g的低的比表面積。即，當(dāng)光催化劑納米粒子通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合時(shí)，發(fā)生比表面積的快速降低。這樣的結(jié)果與之前在圖1和2上描述的相同。當(dāng)污染物質(zhì)與光催化劑表面接觸時(shí)，發(fā)生光催化劑將污染物質(zhì)分解或除去，并且因此，比表面積的降低帶來(lái)光催化劑的效率降低。在圖4的圖中的上面的曲線(xiàn)表示通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的氮?dú)?N2)解吸特性，和在圖4的圖中的下面的曲線(xiàn)表示通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的氮?dú)?N2)吸附特性。參照?qǐng)D4，通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末顯示出氮?dú)饨Y(jié)合模式(pattern)，因?yàn)楸晃降牡獨(dú)馕赐耆馕?。因此，在作為大氣中的污染物質(zhì)的氮?dú)獗晃皆诠獯呋瘎┓勰┨幹?，一些所吸附的氮?dú)鈿埩粼诠獯呋瘎┓勰┲?，且殘留在光催化劑粉末中的所述一些氮?dú)饪蓭?lái)光催化劑的效率降低。參照?qǐng)D5，通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末具有孔的有限分布，并且特別地，未產(chǎn)生大孔/中孔(介孔，meso-pore)形狀的孔。為了增強(qiáng)光催化劑粉末的活化，需要均勻的孔分布，并且特別地，通過(guò)產(chǎn)生大孔/中孔尺寸(位置，site)的孔來(lái)保證反應(yīng)面積是有利的。然而，如圖5中所示，通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末不具有均勻分布的孔，并且因此，其效率降低。如圖1-5上所示，在光催化劑納米粒子通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的情況下，可存在光的漫射、比表面積的降低、孔的有限分布、以及不穩(wěn)定的氮?dú)馕?解吸特性，從而，作為結(jié)果，降低了光催化劑的效率。因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，提供僅具有在沒(méi)有另外的粘結(jié)劑的情況下結(jié)合的光催化劑納米粒子的光催化劑粉末。下文中，將描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的特性和制造方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末具有通過(guò)自?xún)?nèi)聚力而不使用另外的粘結(jié)劑成簇的光催化劑納米粒子，并且形成大團(tuán)簇形狀。首先，將描述根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的制造方法，隨后將描述其特性。圖6為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的制造方法的流程圖。圖7為示意性地顯示在圖6中所說(shuō)明的流程圖的各個(gè)階段的圖。參照?qǐng)D6-7，首先，制造初始的光催化劑粉末，通過(guò)將納米單位的二氧化鈦粒子在高溫和高壓下壓縮，所述初始的光催化劑粉末具有一定的形狀(210)。此處，所述初始的光催化劑粉末指的是通過(guò)擠出成型而制造的、在經(jīng)歷分裂過(guò)程(其將在下文中描述)之前的粉末。所述初始的光催化劑粉末的制造可使用擠出成型方法，所述擠出成型方法產(chǎn)生具有如下中的任一種形狀的初始的光催化劑粉末:球形形狀、橢圓形狀、圓柱體形狀、或者長(zhǎng)方體形狀。所述初始的光催化劑粉末具有在沒(méi)有另外的粘結(jié)劑的情況下成簇的許多數(shù)目的二氧化鈦粒子，并且因此所述初始的光催化劑粉末容易被破碎，并且還發(fā)生粒子的剝離。然而，在擠出成型期間，加入粘結(jié)劑物質(zhì)是可能的，并且如果在制造初始的光催化劑粉末時(shí)加入粘結(jié)劑物質(zhì)之后，完成了煅燒過(guò)程和燒結(jié)過(guò)程(這兩者均將在下文中描述)，則產(chǎn)生大團(tuán)簇形狀的光催化劑粉末，其中在其內(nèi)部存在粘結(jié)劑物質(zhì)的團(tuán)簇，并且二氧化鈦粒子包圍所述粘結(jié)劑物質(zhì)的團(tuán)簇。然后，將所制造的初始的光催化劑粉末注入到預(yù)定的分裂溶液中(220)。隨著所述初始的光催化劑粉末被注入到所述預(yù)定的分裂溶液中，所述溶液滲入到以弱方式結(jié)合的所述初始的光催化劑粉末的孔之間，并且所述初始的光催化劑粉末通過(guò)膨脹(expansion)而被分裂成具有更小尺寸的團(tuán)簇。因此，所述初始的光催化劑粉末通過(guò)溶脹(swelling)或膨脹(bulking)而被分裂為光催化劑粉末，并且所述分裂溶液為溶脹溶液或膨脹溶液。分裂的團(tuán)簇可稱(chēng)為大團(tuán)簇，并且這樣的經(jīng)分裂的團(tuán)簇變成完成的光催化劑粉末。取決于分裂溶液的類(lèi)型，決定了經(jīng)分裂的團(tuán)簇的特性，即光催化劑粉末的特性。取決于所述溶液是無(wú)定形物溶液還是膠體溶液，所述光催化劑粉末的物理性質(zhì)受到影響，并且因此，根據(jù)所述光催化劑粉末的用途來(lái)確定所述初始的光催化劑粉末將被注入其中的所述分裂溶液。作為一個(gè)實(shí)施方式，在使用無(wú)定形物質(zhì)或者膠體物質(zhì)作為分裂溶液的情況下，在經(jīng)分裂的團(tuán)簇周?chē)纬瑟?dú)特的阻隔物。因此，防止了光催化劑粉末的粒子剝離，并且增強(qiáng)了光催化劑粉末的物理強(qiáng)度。這樣的阻隔物僅形成于光催化劑粉末的表面，并且因此，所述阻隔物對(duì)孔分布沒(méi)有影響，并且未大幅度地降低光催化劑的效率。此外，作為所述分裂溶液，可使用具有可見(jiàn)光感應(yīng)(inducing)物質(zhì)例如K、Mn或Na的溶液以增強(qiáng)經(jīng)分裂的光催化劑粉末的反應(yīng)性。在使用無(wú)定形(不定形)二氧化鈦溶液作為分裂溶液的情況下，由于溶液中的二氧化鈦在光催化劑粉末處形成阻隔物，具有出色的透光(light-penetrating)能力的二氧化鈦未引起光的漫射，而是提高光吸收率，并且因此，對(duì)于光催化劑粉末的內(nèi)部，引起光反應(yīng)可為可能的。此外，由于形成阻隔物的物質(zhì)與形成光催化劑的物質(zhì)是相同的二氧化鈦，因此，未發(fā)生在通過(guò)另外的粘結(jié)劑結(jié)合的情況下出現(xiàn)的困難。在該實(shí)施方式中，使用二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┪镔|(zhì)，但是本公開(kāi)內(nèi)容不限于此。本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式中使用的光催化劑物質(zhì)可不限于任何類(lèi)型，并且可使用氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、鈦酸鋇(BaTiO3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、鈮酸鉀晶體(KNbO3)、或鈦酸鍶(SrTiO3)。因此，如果使用具有與形成所述初始的光催化劑粉末的光催化劑物質(zhì)相同的物質(zhì)的無(wú)定形物溶液將所述初始的光催化劑粉末分裂為大團(tuán)簇，則經(jīng)分裂的光催化劑粉末在其表面處具有擁有與經(jīng)分裂的光催化劑粉末相同的物質(zhì)的阻隔物，并且因此，物理強(qiáng)度的增強(qiáng)以及防止粒子的剝離可為可能的，同時(shí)，可防止在通過(guò)另外的粘結(jié)劑結(jié)合時(shí)可能出現(xiàn)的困難。由于經(jīng)擠出成型的所述初始的光催化劑粉末由nm單位的二氧化鈦構(gòu)成，因此所述初始的光催化劑粉末具有擁有人尺度和nm尺度的孔。這樣的孔起到通道作用，并且在使用含有摻雜物質(zhì)的溶液作為分裂過(guò)程中使用的預(yù)定溶液的情況下，所述摻雜溶液通過(guò)所述通道進(jìn)入二氧化鈦納米粒子之間，并且各摻雜溶液中所包含的離子被安置在二氧化鈦納米粒子的周?chē)＜?，所述離子被摻雜在二氧化鈦粉末處。圖8為顯示在使用陽(yáng)離子作為摻雜物質(zhì)的情況下的帶隙的變化的圖。圖9為顯示在使用陰離子作為摻雜物質(zhì)的情況下的帶隙的變化的圖。當(dāng)將二氧化鈦粉末用陽(yáng)離子特別是用過(guò)渡金屬陽(yáng)離子摻雜時(shí)，所述金屬離子捕捉電子并且使電子-空穴的復(fù)合延遲，從而提高反應(yīng)活性。
詳細(xì)地，在使用過(guò)渡金屬陽(yáng)離子例如Fe和Cr作為摻雜物質(zhì)的情況下，當(dāng)Cr取代鈦的位置時(shí)，通過(guò)Cr的摻雜效應(yīng)在二氧化鈦的帶隙之間在導(dǎo)帶附近產(chǎn)生了能隙態(tài)(gapstate)，并且因此二氧化鈦的帶隙減小。在Fe取代鈦的情況下，通過(guò)Fe的摻雜而導(dǎo)致的能隙態(tài)位于價(jià)帶附近，并且因此，帶隙減小。參照?qǐng)D8，在二氧化鈦未被摻雜而處于銳鈦礦相的情況下，帶隙的值略大，為約
2.4eV,并且因此，二氧化鈦僅對(duì)于紫外線(xiàn)有反應(yīng)。然而，當(dāng)摻雜陽(yáng)離子例如Cr或Fe時(shí)，通過(guò)所摻雜的金屬離子的d態(tài)，顯示出能隙態(tài)，并且顯示出帶隙減小的效果。此外，如圖9上所示，在當(dāng)在二氧化鈦處摻雜陰離子例如C、N和S時(shí)的情況下，可獲得使二氧化鈦的帶隙減小的效果，并且因此，僅可吸收紫外線(xiàn)的二氧化鈦可為能夠吸收可見(jiàn)光的。在當(dāng)光催化劑粉末在液體中使用時(shí)的情況下，需要內(nèi)部粒子之間的內(nèi)聚力是強(qiáng)的，但是在當(dāng)光催化劑粉末在空氣中使用時(shí)的情況下，不要求強(qiáng)的內(nèi)聚力。因此，可使用蒸餾水作為在所述初始的光催化劑粉末的分裂過(guò)程使用的預(yù)定溶液。當(dāng)將所述初始的光催化劑粉末注入到蒸餾水中時(shí)，蒸餾水浸潤(rùn)(smear)到所述初始的光催化劑粉末的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，然后，將所述初始的光催化劑粉末分裂為許多大團(tuán)簇，但是在所述大團(tuán)簇的周?chē)葱纬勺韪粑铩Ｔ俅螀⒄請(qǐng)D6-7，通過(guò)將以分裂的大團(tuán)簇的形狀提供的光催化劑粉末在特定溫度下煅燒而除去不相干的(foreign)物質(zhì)(230)。煅燒溫度可設(shè)置為約低于500°C。作為一個(gè)實(shí)施方式，將光催化劑粉末置于具有350°C _450°C的溫度的煅燒爐中以除去不相干的物質(zhì)。此時(shí)，將溫度的上升速度控制為約低于2°C /分鐘，使得防止出現(xiàn)由所述不相干的物質(zhì)的快速蒸發(fā)而導(dǎo)致的分裂現(xiàn)象。此外，由于通過(guò)將已經(jīng)完成了煅燒過(guò)程的光催化劑粉末進(jìn)行燒結(jié)可增強(qiáng)光催化劑粉末的機(jī)械強(qiáng)度，因此，作為一個(gè)實(shí)施方式，可將光催化劑粉末在600°C _900°C的溫度下加熱超過(guò)約30分鐘,使得可發(fā)生粉末粒子之間的粘結(jié),從而導(dǎo)致凝結(jié)(coagulation)。所完成的光催化劑粉末可根據(jù)所述光催化劑粉末的用途而以各種方法固定，并且作為一個(gè)實(shí)施方式，在將粘結(jié)物質(zhì)施加在用于固定所述光催化劑粉末的過(guò)濾器載體的表面上之后，將具有大團(tuán)簇形狀的光催化劑粉末施加在所述粘結(jié)物質(zhì)的上面以進(jìn)行固定，使得可制得光催化劑過(guò)濾器(240)。作為在分裂過(guò)程中摻雜離子的另一實(shí)施方式，可考慮將通過(guò)擠出而成型的初始的光催化劑粉末注入到含有粘結(jié)劑物質(zhì)和離子型物質(zhì)的分裂溶液中的方法。所注入的光催化劑粉末被分裂成預(yù)定尺寸的大團(tuán)簇。具有相對(duì)較大尺寸的粘結(jié)劑物質(zhì)結(jié)合至所述大團(tuán)簇的表面以及結(jié)合至所述中孔(中(meso)位置)、大孔(大(macro)位置)中的一些，并且具有較小尺寸的離子型物質(zhì)在大部分地滲入到中孔(中位置)、大孔(大位置)、納米孔(納米位置)之后摻雜在二氧化鈦粒子的表面。圖10A和10B顯示通過(guò)SEM測(cè)量的根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末。圖1lA和IlB顯不根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的表面成分的分析結(jié)果。在圖10-11的實(shí)施方式中，使用二氧化鈦粒子作為光催化劑粉末的粒子。圖10A為顯示通過(guò)使用SEM拍攝的根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)光催化劑粉末即光催化劑大團(tuán)簇的圖。圖10B為顯示放大的和拍攝的根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)光催化劑粉末的表面的圖。參照?qǐng)D10A，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末可以球的形狀制造，并且具有球的形狀的光催化劑粉末具有高的比表面積。此外，通過(guò)參照?qǐng)D10B，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末具有分布在其表面上的二氧化鈦粒子，同時(shí)二氧化鈦粒子形成孔，并且因此根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末在其表面上具有不平整度，并且結(jié)果，增加了與污染物質(zhì)接觸的接觸表面，從而增強(qiáng)了其反應(yīng)性。此外，通過(guò)參照?qǐng)D11，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的表面成分僅由二氧化鈦構(gòu)成，并且因此，未出現(xiàn)由粘結(jié)劑物質(zhì)例如硅引起的光的漫射，而光吸收率提高。圖12A為對(duì)根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的尺寸進(jìn)行分析的圖，和圖12B為顯不根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的形狀分布的圖。參照?qǐng)D12A和12B，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的尺寸和形狀可極大地變化。即，可根據(jù)用戶(hù)的意圖來(lái)控制光催化劑粉末的尺寸和形狀。因此，取決于光催化劑過(guò)濾器的用途，可制造具有對(duì)于光催化劑過(guò)濾器的用途而言適當(dāng)?shù)某叽绾托螤畹墓獯呋瘎┓勰D13為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的比表面積的圖。參照?qǐng)D13，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的在沒(méi)有粘結(jié)劑物質(zhì)情況下結(jié)合的具有大團(tuán)簇形狀的光催化劑粉末具有與二氧化鈦納米粒子幾乎相同的比表面積。因此，未發(fā)生由于粉末的形成而引起的比表面積的降低，并且可防止反應(yīng)效率的降低。圖14為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的氮?dú)馕?解吸特性的圖。參照?qǐng)D14，與已經(jīng)描述的圖4上的圖不同，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末具有幾乎彼此一致的氮?dú)馕教匦院偷獨(dú)饨馕匦?。因此，吸附在光催化劑過(guò)濾器上的氮?dú)馔耆馕觯痪哂衅淙魏畏e聚的量，并且因此可防止由氮?dú)獾姆e聚而引起的反應(yīng)性的降低。圖15為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的孔分布的圖。在前面的圖5的圖上，通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末不具有均勻分布的孔，并且特別地，幾乎未產(chǎn)生中尺寸/大尺寸的孔(在中位置/大位置處的孔)。然而，參照?qǐng)D15，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末具有即使在中尺寸/大尺寸(中位置/大位置)處也是均勻分布的孔。因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末可均勻地與具有各種粒子尺寸的污染物質(zhì)反應(yīng)。圖16為將根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末的紫外線(xiàn)吸收率與常規(guī)的通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末的紫外線(xiàn)吸收率進(jìn)行比較的圖。參照?qǐng)D16，在具有280nm-340nm波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)范圍內(nèi)，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末(本實(shí)施方式)的紫外線(xiàn)吸收率是更出色的。如已經(jīng)描述的圖1上所示，對(duì)于具有結(jié)合到其上的粘結(jié)劑的光催化劑粉末(對(duì)比例)，由粘結(jié)劑物質(zhì)引起的光的漫射妨礙了光的吸收，而對(duì)于根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末，特別地，所述二氧化鈦粉末具有出色的透光率，并且因此光的吸收活躍地進(jìn)行。圖17為將根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式使用的不具有粘結(jié)劑的光催化劑粉末除去污染物質(zhì)的性能與常規(guī)的使用粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末除去污染物質(zhì)的性能進(jìn)行比較的表。參照?qǐng)D17，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式的光催化劑粉末(本實(shí)施方式)，通過(guò)將CH3CHO除去約52.7%、將CH3COOH除去約100%、和將NH3除去約94.3%而顯示出約74.9%的除去污染物質(zhì)的平均性能。與之形成對(duì)照，通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合的光催化劑粉末(對(duì)比例)，通過(guò)將CH3CHO除去約10.0%、將CH3COOH除去約62%、和將NH3除去約34%而顯示出約35.3%的除去污染物質(zhì)的平均性能，并且因此發(fā)現(xiàn)，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的在不使用粘結(jié)劑的情況下結(jié)合的光催化劑粉末具有出色得多的性能。雖然已經(jīng)顯示和描述了一些實(shí)施方式，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在這些實(shí)施方式中可進(jìn)行變化而不脫離本公開(kāi)內(nèi)容的原理和精神，本公開(kāi)內(nèi)容的范圍在權(quán)利要求及其等同物中限定。
權(quán)利要求
1.制造光催化劑粉末的方法，包括: 通過(guò)將光催化劑物質(zhì)納米粒子經(jīng)由擠出而成型為一定形狀，形成初始的光催化劑粉末；和 通過(guò)將所述初始的光催化劑粉末注入到預(yù)定的分裂溶液中而將所述初始的光催化劑粉末分裂為多個(gè)光催化劑粉末，所述初始的光催化劑粉末通過(guò)所述預(yù)定的分裂溶液分裂為所述多個(gè)光催化劑粉末。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括: 將經(jīng)分裂的光催化劑粉末在預(yù)定溫度和預(yù)定壓力下煅燒；和 將經(jīng)煅燒的光催化劑粉末在預(yù)定溫度和 預(yù)定壓力下燒結(jié)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中: 所述預(yù)定的分裂溶液為選自包括如下的組中的至少一種:無(wú)定形物溶液、膠體溶液、蒸餾水和具有可見(jiàn)光感應(yīng)物質(zhì)的溶液，所述可見(jiàn)光感應(yīng)物質(zhì)為選自包括K、Mn和Na的組中的至少一種。
4.權(quán)利要求1的方法，其中: 所述預(yù)定的分裂溶液包括具有與所述光催化劑物質(zhì)相同的物質(zhì)的無(wú)定形物溶液。
5.權(quán)利要求1的方法，其中: 所述光催化劑物質(zhì)為選自包括如下的組中的至少一種:二氧化鈦(T i O2)、氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、鈦酸鋇(BaTiO3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、鈮酸鉀晶體(KNbO3)、和鈦酸鍶(SrTiO3)。
6.權(quán)利要求1的方法，其中: 在光催化劑物質(zhì)納米粒子經(jīng)由擠出的成型中，將粘結(jié)劑物質(zhì)加入到所述光催化劑物質(zhì)納米粒子中。
7.權(quán)利要求1的方法，其中: 所述預(yù)定的分裂溶液為具有陽(yáng)離子或陰離子摻雜物質(zhì)的摻雜溶液。
8.光催化劑粉末，其具有成簇的光催化劑物質(zhì)納米粒子，其中: 所述光催化劑物質(zhì)為選自包括如下的組中的至少一種:二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、鈦酸鋇(BaTiO3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、鈮酸鉀晶體(KNbO3)、和鈦酸鍶(SrTiO3);和 所述光催化劑物質(zhì)納米粒子通過(guò)其內(nèi)聚力而成簇。
9.權(quán)利要求8的光催化劑粉末，其中: 所述光催化劑粉末包括具有在所述光催化劑粉末的內(nèi)部成簇的粘結(jié)劑物質(zhì)粒子的粉末。
10.權(quán)利要求8的光催化劑粉末，其中: 所述光催化劑粉末用陽(yáng)離子或陰離子摻雜。
11.權(quán)利要求8的光催化劑粉末，其中: 所述光催化劑粉末具有在其表面處由與所述光催化劑物質(zhì)相同的物質(zhì)形成的阻隔物。
12.光催化劑粉末，其通過(guò)包括如下的方法形成: 通過(guò)將光催化劑物質(zhì)納米粒子經(jīng)由擠出成型而成型為一定形狀，形成初始的光催化劑粉末；和將所述初始的光催化劑粉末注入到預(yù)定的分裂溶液中。
13.權(quán)利要求12的光催化劑粉末，其中: 所述預(yù)定的分裂溶液為選自包括如下的組中的至少一種:無(wú)定形物溶液、膠體溶液、蒸餾水和具有可見(jiàn)光感應(yīng)物質(zhì)的溶液，所述可見(jiàn)光感應(yīng)物質(zhì)為選自包括K、Mn和Na的組中的至少一種。
14.權(quán)利要求12的光催化劑粉末，其中: 所述預(yù)定的分裂溶液包括具有與所述光催化劑物質(zhì)相同的物質(zhì)的無(wú)定形物溶液。
15.權(quán)利要求12的光催化劑粉末，其中: 所述光催化劑物質(zhì)為選自包括如下的組中的至少一種:二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、鈦酸鋇(BaTiO3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎢(WO3)、鈮酸鉀晶體(KNbO3)、和鈦酸 鍶(SrTiO3)。
全文摘要
本文中公開(kāi)了光催化劑粉末及其制造方法，并且通過(guò)使光催化劑粒子結(jié)合而不降低比表面積，幾乎沒(méi)有比表面積的降低，同時(shí)產(chǎn)生孔，并且對(duì)于光的吸收率是出色的，所述制造光催化劑粉末的方法包括通過(guò)將光催化劑物質(zhì)納米粒子經(jīng)由擠出而成型為一定形狀，形成初始的光催化劑粉末；和通過(guò)將所述初始的光催化劑粉末注入到預(yù)定的分裂溶液中而將所述初始的光催化劑粉末分裂為多個(gè)光催化劑粉末，所述初始的光催化劑粉末通過(guò)所述預(yù)定的分裂溶液分裂為所述多個(gè)光催化劑粉末。
文檔編號(hào)B01J23/20GK103182326SQ20121059302
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者金智勇, 樸來(lái)垠 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社