[发明专利]一种半导体纳米光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化材料，尤其是一种半导体纳米光催化材料及其制备方法。

背景技术

随着环境污染问题日益严重化，使得人类急需开发一种生态学上洁净、安全、经济的化学技术，来改善逐渐恶化的生存环境。光催化是一种新兴的环境净化技术。例如，纳米TiO₂光催化剂可以有效地分解吸附在其表面的有毒气体分子，抑制或消灭有害微生物，并能将有害的大分子有机物分解为无害的小分子物质如二氧化碳和水，没有二次污染。由于纳米TiO₂具有抗化学和光腐蚀、性能稳定、无毒、催化活性高、价廉等优点而备受重视，是一种很有开发前景的环保型催化剂。但纳米TiO₂是一种粉体，它的光催化作用需要将其固定并且需要一定的接触面积和反应时间，因而如何将其负载到适当的载体上使其光催化效率最佳成为这一技术需解决的关键问题之一。常见的载体材料除泡沫金属外还有活性炭、沸石、膨胀珍珠岩、硅胶、氧化铝、有机玻璃、光导纤维、天然粘土、海砂、树脂等。利用这些载体负载的光催化剂存在受光面积小、比表面积小、气阻大、机械强度不高、易破碎和负载量小等缺点。

发明内容

为克服以上技术缺陷，本发明提供了一种半导体纳米光催化材料，并进一步公开其制备方法。该材料以多孔泡沫材料为基体，扩大了光催化剂比表面积，从而使光催化效率得到明显的提高。

本发明还进一步公开了上述半导体纳米光催化材料的制备方法。

本发明通过如下技术方案得以实现：

本发明的光催化材料包括多孔泡沫材料载体和负载于载体表面的半导体纳米光催化剂层。

所述的多孔泡沫材料的载体空隙率>96%，厚度2-5mm，孔径100μm-2mm。

所述的多孔泡沫材料为泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁、泡沫铝或泡沫塑料中的一种；

所述半导体光催化剂层的光催化剂是选自Co₃O₄、NiO、Cu₂O、TiO₂、ZnO、CdS、Fe₂O₃、SnO₂、WO₃或Nb₂O₅中的一种或两种。所述的半导体纳米光催化剂层的光催化剂的粒径为10-50nm，覆盖率为50%，负载量为20-50g/m²。

本发明光催化材料的制备方法是以多孔泡沫材料为基体，结合相应的负载技术如复合电镀、化学复合镀及浸渍提拉法等负载纳米TiO₂制备光催化材料。

负载之前，首先两种不同类型的材料泡沫金属和泡沫塑料表面分别处理。其中，泡沫金属表面处理步骤：经除油，水洗，酸洗，水洗，活化，水洗后吹干。泡沫塑料表面处理步骤：经去应力、除油、水洗、粗化、中和、还原、水洗、敏化、活化、水洗后吹干。

所述的泡沫金属表面处理除油步骤中的去油剂是10-30%NaOH溶液，温度是50-60℃，去油时间是1-10min；所述的酸洗步骤中的酸洗剂是10-20%的硫酸溶液，温度是50-60℃，酸洗时间为1-10min；所述的活化步骤中的活化剂是1-5%的AgNO₃溶液，活化时间为5-10min；

所述泡沫塑料表面处理去应力步骤中的去应力剂由丙酮和水按丙酮：水=0.2~1：1的比例配制，去应力时间为20-40min；所述的除油步骤中的除油剂是10~30%NaOH溶液，温度是50~60℃，除油时间为1-10min；所述粗化步骤中的粗化剂由15~25g/L的CrO₃和600mL/L的浓硫酸配制，温度是70~75℃，粗化时间是5-15min；所述敏化步骤中的敏化剂由30~40mL/LHCl和15~20g/LSnCl₂ 配制，敏化时间为5-10min；所述活化步骤中的活化剂是1~5%的AgNO₃ 溶液，活化时间是5-10min。

经表面处理工艺后，将泡沫塑料在以Ni²⁺为主体的相应的镀液中进行复合电镀、化学复合镀而制得负载型光催化材料；或将泡沫金属在以钛酸四丁酯为前驱体的溶胶中浸渍提拉，然后经干燥、热处理而制得。所负载的TiO₂光催化活性组分最大量可接近光催化过滤网总重量的20%。