[发明专利]一种利用LED光源降解空气污染物的光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有毒有害气体治理领域，具体是一种利用LED光源降解空气污染物的光催化材料的制备方法。

背景技术

室内空气污染已成为危及人类健康安全的突出问题。我国北京、上海、天津三大城市室内空气中甲醛超标率分别为79%、82%、81%，有的甚至超标几十倍。室内空气污染对神经、免疫、内分泌、生殖等系统产生不良影响，或致癌、致突变。据统计，人类68%的疾病由空气污染造成，全世界死于空气污染400万人/年，其中，我国为11.1万人/年，因此，世界卫生组织（WHO）已将室内空气污染列为最危险的因素之一。其中，甲醛是室内空气污染的典型污染物之一，浓度高、危害大。

光催化氧化技术由于能在常温常压下将室内空气污染物分解为CO₂、H₂O、无机物质等，具有反应过程快速高效、无二次污染等特点，其中，TiO₂由于具有较高的氧化活性、对光稳定、无毒、价廉、投资低等优点而成为一种重要的、有应用前景的光催化材料。然而，目前的TiO₂光催化技术是以紫外灯为光源，成本高昂，限制了其工业化应用，尽管可应用太阳能作为光源，但TiO₂只能利用太阳光能量中的 5%的紫外部分，效率很低，光源已成为TiO₂光催化技术工业化应用的最大障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一种能利用LED光源降解空气污染物的光催化材料的制备方法，通过稀土、过渡族金属、电气石等对TiO₂光催化材料的复合掺杂改性，使其能利用具有光强稳定、体积小、发光电压低、寿命长、安全高效等优点的发光二极管（LED）作为光源高效降解空气污染物，该方法还具有简单易行、成本低等优点。

实现本发明目的的技术方案是：

一种利用LED光源降解空气污染物的光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将一定量的电气石微粉加入无水乙醇中，在不断搅拌作用下，加入钛酸丁酯、乙酰丙酮，继续搅拌均匀后形成A溶液；

（2）取一定量的稀土与无水乙醇混合，搅拌均匀后再依次加入蒸馏水、冰醋酸形成B溶液；

（3）将一定量的过渡族金属与无水乙醇混合，搅拌均匀后再依次加入蒸馏水、冰醋酸形成C溶液；

（4）在不断搅拌作用下，将B溶液逐滴加入A溶液中，继续搅拌使其混合均匀；

（5）在不断搅拌作用下，将C溶液逐滴加入步骤（4）得到的混合溶液中，继续搅拌0.2~8h，然后陈化0.2~100h形成稳定的溶胶；

（6）将准备好的泡沫金属置于步骤（5）得到的溶胶里，浸渍时间为0.1~5h；

（7）采用提拉镀膜仪以0.1~20cm/min的速度匀速提拉，置于烘箱内于50~180℃温度下烘干；

（8）将步骤（6）~（7）反复操作1~10次；

（9）在设定温度下烧结一定时间即可得到负载于泡沫金属上的光催化薄膜；

（10）取一定数量一定波长的发光二极管（LED）组装成平面光源，并与光催化薄膜相隔一定距离，即可得到降解空气污染物的光催化模块。

步骤（1）所述电气石微粉的粒度为2000~9000目，其掺杂量为0.01~8^wt%。

步骤（2）所述稀土为混合稀土，或者镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆的氧化物或硝酸盐的一种或两种以上，按相同重量比混合制成，其掺杂量为0.01~9.6 ^wt %。

步骤（3）所述过渡族金属为水合硝酸铬、水合硝酸铜、四水合钼酸铵、硫酸亚铁铵的一种或两种以上，按相同重量比混合制成，其掺杂量为0.01~7.8 ^wt %。

步骤（6）所述的泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫铁、泡沫合金等，其孔径为0.1mm~15mm、通孔率≥80%。

步骤（9）所述烧结温度为300~900℃、烧结时间为0.1~9h。

步骤（10）所述发光二极管波长范围为365~395nm，平面光源与光催化薄膜的距离为0.1~30cm，光照强度为0.1~25mw/cm²。

本发明的积极效果是：通过稀土、过渡族金属、电气石复合掺杂改性，使光催化材料能利用光强稳定、寿命长、安全高效的发光二极管作为光源降解空气污染物，去除周期短、去除效率高；本发明还具有简单易行、设备材料少、费用低等优点。本发明产品可广泛应用于毒气和有害气体净化领域，具有非常广阔的应用前景。