[发明专利]一种掺杂压电催化材料的柔性多孔复合材料及其制备

说明书

本发明公开了一种多孔隙结构的网状复合膜基体及其制备，所述网状复合膜基体由复合聚合物、复合填料经熔融匀质、发泡处理后经定向纵横热熔喷丝制得。本发明还公开了一种基于上述复合膜基体的、掺杂压电‑光催化材料的柔性多孔复合膜材料及其制备，所得柔性多孔复合膜材料具有高柔韧性、高孔隙率和高通气量，其中掺杂和负载的压电催化剂可以形成压电效应，提升光催化剂在室内弱光条件下的催化性能，有效降解有机污染物、抗菌杀毒；且该合膜材料具有优良的机械力学性能，能够长时间耐受高频气流产生的震动。

技术领域

本发明涉及一种用于空气净化的压电催化膜质材料，特别涉及一种多孔结构的柔性压电催化复合膜、制备方法及其在净化空气中的应用，属于压电催化及空气净化技术领域。

背景技术

近年来，半导体光催化剂在处理在污水处理、分解水制氢方面应用广泛，并在空气污染尤其是室内空气净化、抗菌杀毒方面也逐渐开始受到重视。例如ZnO、TiO2等光催化材料被广泛应用于空气净化、抗菌灭活等领域。

对于室内污染物，颗粒物通常可被带滤芯的空气净化器吸附，但是气态污染物、病毒细菌类微生物和有机污染物(有机苯类，甲醛和其他有机污染物成分等)物理吸附效果较差，且不能降解或杀灭。因此光催化成为对有机污染物进行降解和对微生物进行灭杀的有效手段。

但是，在室内环境下，光催化受到诸多限制。尤其是其需要充足的阳光光源或人工紫外线条件，以及有效的光接触面积，导致光催化实施条件比较苛刻，弱光条件下无法满足光催化要求。另外，光催化技术的应用还严重受限于光生电子-空穴的复合所致的催化效率和光量子效率低下等问题。

研究表明，除了光催化，压电催化下的电化学降解污染物也是可行的选择，尤其其与光催化联用。多个现有技术记载，通过高频超声诱导压电材料产生压电场可以有效促进电子-空穴的分离、提升光催化活性。例如，通过静电纺丝技术与水热处理制备压电光催化复合纤维，其材料结合界面处可通过压电效应电场有效地促进光生载流子的分离，从而提高光催化效率。

因此，对于光生载流子的复合率高导致的光催化效率低的问题，借助压电效应是提高催化效率的有效方法：利用压电效应的内置电场，促进光生载流子的分离，从而实现利用机械能提高压电及光催化效率。但是，借助超声手段产生压电效应，本身存在能源浪费的问题。

因此，设计一种能够利用或借助无需专门能源驱动的外界能量场(例如高频震动机械能)驱动压电材料以形成压电效应的复合压电催化材料具有显著的应用价值。该材料压电势的产生不依赖于专门提供的超声振荡能量，符合节约能源的绿色发展方向。

然而，在没有超声的前提下，压电材料的高频震动需要材料本身具备类微流控效应才能有效产生。例如，气流、水流快速通过含有压电材料的微型通道(数百纳米到数百微米)。然而，作为芯片和分析领域的常见技术，在压电材料的应用中未见类微流控设计的报道。

另外，目前的将压电陶瓷与光催化剂结合中，通常采用烧结纤维的形态，在外力作用下(如超声)实现光催化效果。在弱光条件下时，复合材料的催化效果还高度依赖催化材料具有高的界面密度。然而，目前压电催化材料的复合界面数量有限，因此提高压电催化材料中的相对接触面积也极为重要。

但是，复合压电催化纤维材料主要用于水解制氢和溶液污染物的处理，其烧结特性使得其基本用于溶液环境，极少有用于空气净化的报道。

因此，针对于室内环境的空气净化特点，有必要设计一种新型的基于合适载体的压电催化复合材料，该材料可以借助气流等空气震动离散能量实现产生压电效应并驱动内建电场，从而具备电化学催化效应，并在弱光和无外在额外提供能源的条件下持续促进半导体光催化剂的催化活性。