[发明专利]一种适用于室温条件下的高效除甲醛光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种适用于室温条件下的高效降解甲醛光催化剂的制备方法及应用。首先通过制备高暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂纳米片(TiO₂(001))，再将g‑C₃N₄量子点(QDs)分散在TiO₂(001)上，从而制备出具有较高光催化降解甲醛活性的g‑C₃N₄QDs/TiO₂光催化剂。通过调整g‑C₃N₄QDs前驱体尿素的不同量来制备不同比例的g‑C₃N₄QDs/TiO₂光催化剂，通过实验验证，当尿素与TiO₂质量比为7:1时，具有最佳的光催化降解甲醛活性，且在不同相对湿度条件下保持较高的光催化除甲醛性能。在本发明中的光催化剂因原料价格低廉且环保，并且制备方法简单，具有较大的市场应用潜力。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，特别涉及一种适用于室温条件下的高效除甲醛光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

甲醛是一种常见的室内有机污染物，具有无色有刺激性气味的特征。在诸多的装修材料中，比如涂料、油漆和胶水中都会有甲醛成分。长时间暴露在甲醛环境中，将对身体健康造成严重的危害，如引起恶心、头痛、皮肤损伤等疾病，甚至引发白血病、细胞核基因突变、癌症等严重疾病。因此，去除环境中的甲醛对保护人类健康至关重要。目前研究者已开发出多项技术来消除室内甲醛污染，包括通风、吸附、催化氧化去除甲醛等。大多数已开发的技术并不适合实际应用，因为它们具有降解效率低、易吸附饱和造成二次污染等缺点。有研究发现，光催化氧化法可有效地去除室内甲醛，且极具市场应用潜力。光催化氧化法是指半导体材料通过吸收能量大于或等于其禁带宽度(Eg)的光子，致使电子从价带跃迁到导带上形成光生电子，同时在价带上生成光生电子空穴，光生电子-空穴对构成的光生载流子可以有效地参与氧化还原反应，进而对目标污染物进行去除。目前关于光催化除甲醛领域的光催化剂，存在的缺点是制备工艺复杂，成本较高，很难工业化应用。因此，开发一种在室温条件下具有高效降解甲醛性能的光催化剂极具市场应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种适用于室温条件下的去除甲醛的光催化剂的制备方法，解决现有技术存在的制备工艺复杂、制备成本较高，难以实现工业化应用等问题。本发明所制备的光催化剂可以高效降解甲醛。

本发明所采用的技术方案之一在于提供一种适用于室温条件下的高效降解甲醛光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)制备高暴露(001)晶面的(001)TiO₂纳米片：将15-25mL的钛酸四丁酯和4-6mL的48wt％HF溶液混合均匀后放入高压反应釜中，进行水热反应；反应结束冷却后，用去离子水反复冲洗至中性，干燥10-15h后煅烧制得TiO₂(001)纳米片；

(2)制备具有高光催化降解甲醛活性的g-C₃N₄QDs/TiO₂光催化剂：将g-C₃N₄量子点(QDs)分散在TiO₂纳米片上，利用g-C₃N₄QDs的量子尺寸效应，能使光催化剂的带隙变宽，从而制备出具有高光催化降解甲醛活性的g-C₃N₄QDs/TiO₂光催化剂。具体地，将TiO₂和尿素以1:2-15的质量比混合，研磨5-15分钟后，将混合物放入带盖坩埚中，并在马弗炉中煅烧，马弗炉中煅烧的升温速率为2-3℃/min，煅烧温度为450-550℃，煅烧时间为3-5h；煅烧结束后经空气冷却至室温，收集所得粉末即为g-C₃N₄QDs/TiO₂。