[发明专利]一种整体型光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其是一种以TiO2/SiO₂超薄膜复合物作为整体型光催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来一种基于纳米TiO₂光催化氧化特性的室内空气净化技术被开发出来，这种技术的核心部件基本上都是一个表面涂敷纳米TiO₂的网栅。当空气流过网栅时，污染物就可能被纳米TiO₂所降解，然而这种结构的空气净化器是不完善的，已经证实其光催化降解效果几乎测不到，其中一个主要的原因是污染物没有被富集在纳米TiO₂周围。后来有人想到借助一些具有吸附功能的材料作为纳米TiO₂的载体，这样污染物可有效地被吸附然后被降解。目前已经有一些多孔结构吸附剂被用来负载纳米TiO₂，但是多孔载体本身以及负载TiO₂后的催化剂一般都是颗粒或粉体，无法直接使用，只能将它们粘合在网栅上才可能用于净化空气。如专利号02112266.0，一种空气净化用纳米催化剂及其制备方法，光催化剂由载体和纳米粒子或薄膜组成，载体由球形硅胶或粉状硅胶或空分硅胶或/和粗孔硅胶或细孔硅胶组成，其中用于凝胶-溶胶工艺方法的硅胶孔径为5-30纳米，而用于浆料浸渍工艺方法的硅胶孔径大于30纳米，其中TiO₂纳米光催化剂重量百分比为1.0-5.0％，该发明光催化剂中的催化活性体采用浆料浸渍、凝胶-溶胶工艺将TiO₂纳米粒子或薄膜负载于载体表面和空隙中，形成复合型纳米光催化剂。该专利提高了光催化活性，实现了纳米粒子和薄膜的固定化和高比表面积化，工艺简单，但是使用时需要将光催化剂用金属丝网固定，也就是需要网栅结构。

网栅结构的净化器存在一些问题，其中最主要的是高分子粘合剂受到纳米TiO₂光催化降解的影响而失效，这样催化剂就容易从网栅上脱落，因而无法长时间的使用；其次，网栅容易挡住紫外光线，使催化剂的光照率降低，影响其去污效果；第三，网栅负载的催化剂的量非常有限，这也会制约空气净化的效率；第四，目前大多数的支撑物大都是金属网，而光催化的产物是水和二氧化碳，长时间的使用会使金属生锈。总之，目前推出的空气净化器的根本问题是催化剂、载体和网栅这三者在衔接中存在薄弱环节，因而无法很好的协同和进一步的优化。有人认为从根本上解决问题的关键在于制备合适的多孔载体，这种载体既能够有效、方便的负载纳米TiO2催化剂，同时又能代替传统的网栅支架，实现催化剂、载体和网栅三者一体化的空气净化方式。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是提供一种透光性好、吸附性强且无需网栅结构的整体型光催化剂。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种整体型光催化剂的制备方法。

本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：一种整体型光催化剂，其特征在于所述整体型光催化剂是以具有三维骨架结构的环氧树脂作为模板，在模板上复合有大孔径的三维SiO₂超薄膜作为载体，载体上包覆有纳米TiO₂超薄膜，所述的大孔的孔径范围在100nm至2μm之间。

作为改进，所述三维SiO₂超薄膜的孔隙率为50％～95％，厚度为15～90纳米，所述纳米TiO₂超薄膜厚度为20～100纳米。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种整体型光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)三维骨架模板的制备：将质量比为1∶4～4∶1的环氧树脂和聚乙二醇混合并且加热到40～90℃，搅拌5～15分钟成透明溶液后，迅速加入与环氧树脂质量比为1∶2～1∶10的多胺液体，搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯模具中定型，保持定型温度在40～90℃中1～10小时后形成白色的固状聚合物共混物，用纯水浸泡2～20小时后完全除去聚乙二醇相，留下三维骨架结构的环氧树脂，在室温下自然干燥1～5天；

2)三维SiO₂超薄膜的制备：将步骤1制得的三维骨架结构的环氧树脂模板在正硅酸四乙酯中浸泡1～5小时，在氨水气氛中在30～60℃中暴露10～20小时后形成SiO₂/环氧树脂复合物，干燥1～5小时以除去生成的乙醇和吸附的氨水，在马弗炉中以5～10℃的升温速率升至600～900℃，保持10～60分钟即可得到三维SiO₂超薄膜；