[发明专利]一种多层复合功能材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多层复合功能材料，所述功能材料由下而上依次为基材层、日光反射层、光催化层、生物耦合净化层和自清洁保护层；所述日光反射层由云母改性硅溶胶制得；所述光催化层由稀土共掺杂石墨烯的光催化纳米凝胶制得；所述生物耦合净化层含有微量元素生物激活因子；所述自清洁保护层含有乙基纤维素。本发明解决传统光催化材料目前相对欠缺的效率不够高、寿命不够长、不抗污染、光照要求高(无法昼夜正常使用、相对遮光场所难以应用)等难题，以适应于水系等复杂水体净化的实际工程需要。

技术领域

本发明涉及环境净化领域，尤其是涉及一种用于水质或土壤净化的复合多层结构光催化耦合生物净化新型环境功能材料。

背景技术

纳米二氧化钛光催化氧化法是一种新兴的水污染治理技术。它可以有效处理水中的有机物，并能杀灭水中有害微生物，由于该技术的特点是可以利用太阳光，降解速度快，氧化条件温和，无二次污染，应用范围广且二氧化钛化学活性高，安全无毒，价格低廉，因此也被称作绿色环保的水处理技术。

光催化降解环境污染物仍是一项需不断完善和发展的技术，目前国内外在TiO₂改性处理方面采取了贵金属沉积、半导体复合、离子掺杂、光敏化和表面还原处理等措施，同时在光催化与其他技术耦合方面，则采取超声耦合光催化、热催化耦合光催化、光催化与电催化耦合等。

虽然上述光催化改进取得了积极成果，有些改进后的材料在实验室内测试数据非常好，但在大型水系治理工程项目实践中，应用效果却不尽理想，主要原因为水系情况较为复杂，很难满足实验室的边界条件，如：实验室要求材料表面距离水面尽可能接近以利于光线照射，同时要求材料表面需频繁清理维护，以免影响光照效果，这些在实际项目中往往很难完全做到。

为了进一步贴近实际工程需要，必须持续完善光催化材料的结构设计，一方面必须最大化极致性提升在光吸收效果、光催化效率和表面自清洁方面的能力，另一方面借助外力，有效发挥大自然自身的优势，进行光催化和其他自然净化技术的耦合，才能降低该技术的使用边界条件，降低其维护要求，使得这项技术能够在水系治理中发挥实际效益，真正意义实现“以大自然的力量净化大自然”，修复环境，造福社会。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种多层复合功能材料及其制备方法与应用。本发明解决传统光催化材料目前相对欠缺的效率不够高、寿命不够长、不抗污染、光照要求高(无法昼夜正常使用、相对遮光场所难以应用)等难题，以适应于水系等复杂水体净化的实际工程需要。

本发明的技术方案如下：

一种多层复合功能材料，所述功能材料由下而上依次为基材层、日光反射层、光催化层、生物耦合净化层和自清洁保护层；

所述日光反射层由云母改性硅溶胶制得；

所述光催化层由稀土共掺杂石墨烯的光催化纳米凝胶制得；

所述生物耦合净化层含有微量元素生物激活因子；

所述自清洁保护层含有乙基纤维素。

优选方案，所述云母改性硅溶胶的制备原料包括纳米二氧化硅乙醇分散液和云母晶；云母晶、纳米二氧化硅乙醇分散液的质量体积比为1～5kg:160～200L；纳米二氧化硅乙醇分散液中纳米二氧化硅的质量浓度为2～5％。

所述云母改性硅溶胶的制备方法为：向纳米二氧化硅乙醇分散液中添加纳米云母晶，然后高速搅拌、超声分散均匀。

所述光催化层的制备方法为：

(1)将乙醇、钛酸四丁酯和乙酰丙酮倒入烧杯中，搅拌形成溶液A；

(2)将乙醇、去离子水和盐酸混合形成溶液B；溶液B的pH为0.5～1；

(3)将步骤(2)制得的溶液B滴入步骤(1)制得的溶液A中形成淡黄色前驱体溶液；