[发明专利]空气杀菌消毒净化用催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于室内空气杀菌消毒净化用的催化剂。该催化剂的载体是由二氧化硅、沸石、硅藻土、海泡石、蒙脱石及三氧化二铝等无机多孔材料或堇青石、莫来石蜂窝陶瓷作为载体,浸渍亚氯酸钠稳定液或二氧化氯稳定液,干燥而成,该材料经紫外线灯照射(A、B、C三波段均有效),产生气相自由基·OH、·CIO₂、·HO₂、·O等活性粒子并诱发链式反应,迅速杀灭病毒、细菌和霉菌等微生物性污染物,去除甲醛等化学性污染物。它与已有技术相比,净化效率高、无二次污染、使用寿命长、简单可靠、可以人机共处。以该催化剂作过滤材料制成的空气消毒净化器,经CNAS和CMA认可的第三方机构检测,在30M³试验舱内,15分钟除菌率99.68%,30分钟除菌率99.99%。甲醛去除率1小时达到99.1%。

技术领域

本发明属于绿色化学高级氧化技术和环境工程应用领域,涉及在气态条件,规模制备气相自由基·OH、·ClO₂、·HO₂、·O等活性粒子,并诱发链式反应。

背景技术

空气污染中的微生物性污染物和化学性污染物,通常采用吸附、光催化、负离子、等离子、臭氧等方法进行净化。这些方法中,以高浓度臭氧净化方

法最有效，臭氧的标准电极电位2.07伏,化学反应速率常数10¹～10²L/(mol·s)，臭氧在气相中杀灭霉菌(微生物性污染中较难杀灭的一种)时间需要100min，臭氧净化仍有不足之处,而且臭氧对人体有害,在室内空气杀菌消毒净化不能人机共处。然而·OH有更强的氧化能力(标准电极电位2.80伏),它与单质氟(2.87伏)的氧化能力几乎相当，是一种强氧化物质。同时·OH的反应属于游离基反应,具有非常高的化学反应速率10⁷～10⁹L/(mol·s)，比臭氧高7个数量级。其化学反应时间小于1s,生化反应时间1～10s。但由于·OH寿命极短(10ns左右),所以·OH制备及污染治理需在同一时间进行,即一边产生·OH一边进行治理,也就是说必须实现原位再生高浓度气相自由基,或规模制备气相自由基·OH、·ClO₂、·HO₂、·O等活性粒子。

二氧化硅表面对水有极强的亲和力,水分子可以不可逆地或可逆地吸附在表面上,所以二氧化硅表面通常是由一层OH(羟基)和吸附水覆盖着的。前者是键合到表面Si原子上的羟基,也就是化学吸附水；后者是吸附在表面分子的水,也就是物理吸附的水。在大量实验事实基础上,经过我们长期观察和深入的理论思考，二氧化硅这一特性帮助我们实现了规模制备羟基自由基等气相自由基的梦想。当二氧化硅负载了二氧化氯稳定液，并经85℃以下干燥后，在无光照、无加热情况下，ClO₂使二氧化硅表面物理水(小量)有离子化水解H₂O→H++OH-，从而有ClO₂+H₂O→HClO₂+HClO₃的缓慢水解外，还存在化学吸附水的非离子水解：

从而有ClO₂+·H→HClO₂

总反应为ClO₂+H₂O→HClO₂+·OH

此外，还有2·OH→H₂O₂

和·OH+H₂O₂→·HO₂+H₂O

上述非离子化水解(自由基型式)在一般情况下不显著，但在有底物与之反应或有物理或化学催化时会大大加速，从而有大量·OH生成。

·O+H₂O→2·OH