[发明专利]一种复合光催化材料在光催化降解甲醛中的应用

说明书

本发明公开一种复合光催化材料在光催化降解甲醛中的应用，所述复合光催化材料由包括g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;和ZnInsubgt;2/subgt;Ssubgt;4/subgt;组成的复合材料。本发明提供的光催化降解甲醛的光催化剂为一种有机‑半导体复合材料，所述复合光催化材料具有优异的可见光催化降解甲醛活性，而且在连续测试的过程中保持较稳定的光催化活性，并且有效抑制了中间产物甲酸盐在催化剂表面累积。另外，可作为一种光催化除甲醛剂原料而应用，含有所述复合光催化材料的除甲醛喷剂，可直接喷涂于建筑墙体或者家具表面，通过室内可见光激发能快速实现对室内低浓度气态甲醛的去除。

技术领域

本发明涉及室内空气净化技术领域，尤其涉及一种复合光催化材料在光催化降解甲醛中的应用。

背景技术

现代人80％的时间都是在室内度过，室内环境的品质直接影响人们的健康状况。近年来，人们已经意识到室内空气污染问题有时比室外空气污染问题更严重，所以室内空气质量的好坏已经是用来指示环境健康和适宜居住的重要指标。其中甲醛是室内空气中的重要污染物，其主要来源为建材、家具等人造制品中粘结剂(酚/脲醛树脂)制备，在常温下甲醛会慢慢释放游离，其周期可达3-15年。

传统的室内甲醛污染净化技术大多采用吸附剂吸附，但吸附剂只是将污染物从气相转移到固相，存在后处理和再生问题。而且吸附法只对高浓度气体污染物去除有一定的效果，而室内环境中甲醛污染物浓度水平较低一般为ppb级(10^-9)，吸附法的去除效果并不明显。光催化技术利用太阳能在室温条件下实现对低浓度污染物表面富集并深度矿化，这使其在室内空气污染治理中表现出广阔应用前景。但是，目前多数的光催化剂(如TiO₂)只能被紫外光激发，而室内环境中的可见光无法将其激发从而阻碍光催化技术在室内甲醛去除的应用。而且传统的含钛光催化剂成本较高，也制约了将光催化技术推广于室内空气净化的应用成本。同时，光催化甲醛过程中产生的甲酸等中间产物累积在催化剂表面可能导致催化剂中毒。因此，寻求一种可见光响应、催化性能稳定且无中间副产物表面累积的光催化剂是将光催化技术推广为室内气态甲醛去除的当务之急。

石墨型氮化碳(g-C₃N₄)是一种典型的由C、N原子以sp²杂化形成高度离域具有π共轭的有机聚合物。g-C₃N₄作为首个被发现有机光催化剂，合成方法简单且成本较低，在环境修复和能源转换中表现出了良好的前景。但未经改性的g-C₃N₄的禁带宽度(约2.4eV左右)较大，对可见光响应能力较弱。ZnIn₂S₄是一种AB₂X₄型三元半导体材料，其带隙较小从而具有较强的可见光响应，且具有丰富的层状结构等优势，作为一类新型光催化材料在降解有机污染物领域受到了广泛的关注。随着纳米科技的发展，有机-半导体复合材料成为纳米科学领域的一个研究热点，这种利用有机相和半导体材料在分子水平上的一种相互结合，有效提高复合材料在催化反应过程中的选择性、有效性和稳定性。申请号为CN111437869A的中国发明专利公开一种g-C₃N₄/ZnIn₂S₄异质结光催化剂的合成方法，解决了g-C₃N₄带隙宽带较宽，对可见光的吸收范围较窄，光生电子和空穴容易复合等问题。用该方法制备的催化剂在应用于液相条件下分解水产氢有一定的前景，但并未表明适用于室内环境中气相ppb级的甲醛的处理。