[发明专利]一种用于空气净化的光催化剂涂层结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及净化技术领域，具体涉及光催化剂。

背景技术

目前正进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。有研究表明：室内环境中的污染水平是室外的2～5倍，有时甚至高达100倍；另一方面人的一生平均有70～90％的时间是在室内度过的，人们在室内具有较高的暴露浓度水平。因此，室内空气质量就与人体健康更为密切相关，更为人们所关注。

室内空气污染物包括：生物性污染物，如细菌、病毒、真菌孢子、尘埃、尘螨发粉、宠物与人类的毛发、皮屑等；化学性污染物，如二手烟、甲醛、苯系物、臭氧等；异味，如来自宠物、烹饪、垃圾及人体等。室内的污染物大多数具有化学毒性和“三致作用”，对人体健康造成潜在的危害。因此除去室内空气中的挥发性有机物、异味、细菌等具有非常重要的意义。空气净化器是国际公认的净化室内空气的方法。现有的空气净化装置，基本以过滤和吸附两种方式进行空气的净化过程。对于过滤净化方式，只是除去了空气中的悬浮颗粒，对挥发性有机污染物和细菌等并无明显净化作用；而以活性炭等吸附性剂为基础的吸附净化方式，又涉及到吸附材料吸附饱和后的活化处理以及容易引起二次污染等问题，因而实际应用效果不甚理想。

TiO₂光催化降解技术在这方面具有突出的优点。但当室内VOCs浓度较低时，空气中的有机污染物较难富集到TiO₂表面，从而影响了TiO₂光催化剂对室内低浓度挥发性有机物的光催化效率，导致光催化降解的效率低，不能有效实现低浓度挥发性有机物的降解；而空气净化器中使用的活性炭具有发达的比表面积，丰富的微孔径，比表面积可达1000-1600m²/g，微孔体积90％左右，其微孔孔径为等优点。由于活性炭具有大的比表面，所以经 常被用作TiO₂光催化剂的载体。因此，将活性炭作为纳米TiO₂光催化剂载体得到了一定的应用，将纳米TiO₂稳定地负载于活性炭将成为未来最重要的研发和应用方向之一。

目前存有一种TiO₂/ACF光催化剂的制备方法，其制备步骤在于：1)配置钛盐和尿素的混合溶液，搅拌；2)用双氧水浸泡活性炭纤维，然后洗涤、干燥；3)将处理过的活性炭纤维放入钛盐与尿素的混合液体中，加热搅拌，然后烘干；4)将烘干的活性炭纤维于氮气气氛中烧结，得到TiO₂/ACF光催化剂。

目前存有一种TiO₂/ACF光催化剂的制备方法，其主要要点包括：将预处理后的活性炭纤维浸渍于TiO₂溶胶中，在一定温度下、使用一定频率的超声波处理；取出负载TiO₂的活性炭纤维，充分干燥后焙烧，即得活性炭纤维负载TiO₂复合光催化材料。

目前存有一种用于室内空气净化的纳米TiO₂复合光催化剂的方法，其主要要点是使用SiO₂溶胶作为粘结剂，将悬浮的TiO₂粒子固定于活性炭，形成一种复合光催化剂。

在前两个方法中，使用了溶胶-凝胶法制备的纳米TiO₂作为光催化剂来源，但所形成的TiO₂涂层是无孔结构、比表面积小，光催化性能差；同时，凝胶溶胶法制备的TiO₂涂层与活性炭载体的结合力也比较弱，容易脱落，影响实际使用效果。第三个方法使用SiO₂溶胶粘结剂，所得涂层中纳米TiO2处于严重的聚集状态，并且粘结剂会包覆在纳米TiO₂颗粒表面，大大降低了TiO₂材料的光催化效果。因此，提高TiO₂光催化性能、保证TiO₂在使用过程中不易从载体上脱落下来，是亟待解决的问题。

另外，空气净化器通常包括三四层或者五层以上滤网，一般为初效滤网、HEPA滤网、活性炭过滤网及光催化剂层，多层结构会使风阻增加，随之能耗将增加，同时也会增加空气净化器的噪音。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于空气净化的光催化剂涂层结构及其制备方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：