[发明专利]一种兼具吸附-光降解功效的活性炭复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种活性炭复合材料，包括活性炭和复合在所述活性炭表面上的二氧化钛金属复合材料；所述二氧化钛金属复合材料包括P25二氧化钛和负载在所述P25二氧化钛上的具有表面等离子体共振效应的金属纳米颗粒。本发明在二氧化钛表面沉积‑沉淀具有表面等离子体共振效应的纳米颗粒，使得在可见光照射下即可发生等离子共振，从而将二氧化钛颗粒的光催化活性由紫外光区扩展至可见光区；而且将二氧化钛金属复合材料复合到活性炭颗粒表面，防止其沉积到活性炭的大孔和中孔中，可充分发挥二氧化钛的光催化活性，并且大大降低了活性炭比表面积的损失，提高了复合材料的吸附性能。同时制备方法简单易行，适于工业化发展和应用。

技术领域

本发明属于气体吸附和光降解材料技术领域，涉及一种活性炭复合材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种兼具吸附-光降解功效的活性炭复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

室内空气污染已逐渐成为危害人类身体健康的最重要“隐形杀手”之一，室内空气存在500多种挥发性有机物，其中甲醛、苯系物等是主要有毒气体，2004年国际癌症研究中心(IARC)在153号“甲醛致癌”公报上将甲醛确定为致癌物，其主要来源于装饰装修中涉及到的装修材料、家具、涂料、人造板和胶黏剂等。中华人民共和国国家标准《居室空气中甲醛的卫生标准》规定，居室空气中甲醛最高容许浓度为0.08mg/m³,通常装修后房间的甲醛含量均超过10倍以上，且潜伏年限长达10～15年，因此寻求有效途径去除室内甲醛具有深远的实际意义。

随着室内装修的不断升温，各种建筑材料的广泛应用，由此引发的室内空气污染越来越受到人们的关注，其中主要的污染物为来源于油漆、胶合板、刨花板、内墙涂料、塑料贴面等材料中的甲醛，已被世界卫生组织定为致癌致畸物质。长时期接触低浓度甲醛，会引起呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌等，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大。会引起新生儿染色体异常，白血病，青少年记忆力下降，妊娠综合征等。目前广泛使用的去除室内挥发性有机物的方法主要包括吸附法、光触媒降解法等。其中吸附法的吸附剂饱和吸附量难以控制，常用的吸附剂为活性炭，但由于甲醛分子小，易从活性炭孔道中脱附，所以活性炭自身对甲醛的吸附效果有限。光触媒降解法最广泛使用的光催化剂为二氧化钛(TiO₂)，其化学性质稳定、无毒、催化活性高、成本低，能利用紫外光将有机物降解成小分子。但是其本身孔结构不发达，供被降解物附着点较少，且通常空气中污染物浓度很低，这使二氧化钛与污染物的有效接触机率减小，导致光催化效率降低。

因而，随着业内持续的研究，现有技术中也公开了一些综合性的技术文献，如专利CN104368325B公开了一种光降解甲醛蜂窝活性炭的制备方法，虽然操作方法简单、制备的蜂窝状活性炭比表面积较大，具有较高的吸附性能，可制备成任意形状，但部分P25渗透在活性炭孔道内，光源无法直射，无法完全发挥P25的光催化活性，且P25为物理吸附在活性炭表面，结合强度低，易剥落。如专利CN106423130A公开了一种二氧化钛/活性炭自组装复合材料的制备及应用，虽然TiO₂与活性炭具有较牢固的结合力，不容易脱落，吸附性能为现有P25光催化剂的1.5倍以上。但其光催化活性仅限于紫外光区。再如专利CN104549370B公开了一种光催化蜂窝活性炭网，也存在活性炭载体比表面积较小，吸附能力有限，且TiO₂负载在活性炭的大孔和中孔中，使活性炭的比表面积下降等等问题。

因此，如何设计一种合理的复合材料，解决现有技术存在的上述问题，已成为本领域诸多一线研究人员目前亟待解决的技术课题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种活性炭复合材料及其制备方法、应用，特别是一种兼具吸附-光降解功效的活性炭复合材料，本发明提供的活性炭复合材料，并集TiO₂、活性炭的优点于一体，TiO₂与具有丰富孔结构的材料复合，能够提高吸附性能的同时将其降解，利用两者之间的有效协同作用，能够对空气中的污染物进行有效降解与吸附，而且TiO₂在可见光下即可具有催化活性。同时制备方法简单易行，适于工业化发展和应用，具有较高的实际应用价值。