[发明专利]一种超强附着性、高安全性的光触媒及其应用

说明书

本发明公开了一种超强附着性、高安全性的光触媒及其应用，将柔性纤维布与BiOBr纳米材料进行结合，这种碳纤维布具有优良的导电性、柔韧性和机械强度，在柔性碳纤维布上制备BiOBr光催化剂，可用于光降解对二甲苯等有机污染物，且比较环保可回收，吸附性较强，具备较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及光触媒技术领域，具体涉及一种超强附着性、高安全性的光触媒及其应用。

背景技术

光触媒技术作为对环境友好的环境净化技术的研究开发已经发展起来，在世界中的任何地方只要有光就可使用光触媒技术，光触媒具有在光的照射下能分解和无害化处理几乎所有有害有机物，不用有毒的药品或煤、石油等化石燃料，仅利用干净且取之不尽的太阳能就能将扩散了的环境污染物安全有效地处理并且可半永久化循环使用等众多的优点，因此，可以预期光触媒技术将在今后有更大的发展。由于光触媒不消耗地球能源、不使用有害的化学药品，而仅仅利用太阳光的光能等就可将环境污染物在低浓度的状态下清除净化，并且还可作为抗菌剂、防霉剂应用，因而成为环境净化技术中的一个亮点。

早在20世纪30年代就已经发现以氧化锌为基底的光触媒材料。1968年，日本学者藤屿昭教授研究发现紫外照射下的二氧化钛能将水分解成氢和氧，打开了二氧化钛在光催化领域的应用，制作光触媒的技术大都采用半导体二氧化钛，以此打开了二氧化钛作为光触媒的大门。1976年，Garey等开拓了光触媒在环保领域的应用，利用光催化降解水中污染物。从此过后，拓展半导体光触媒材料的应用领域，将光能转换成其他能量便成了主要的研究方向。常用的光催化材料主要为n型半导体材料，具有禁带宽度低等特点。最常用的半导体材料即为二氧化钛，因为其能带位置和表面结构被称为最有效的催化剂。它有良好的分散性和耐候性，具有抗菌、自清洁、抗老化等优点。但是，二氧化钛的能带结构决定其吸光范围，禁带宽度3.2eV,因此只有波长小于387.5nm的紫外光才能被二氧化钛吸收。并且，紫外光只占太阳光的5％左右，利用率太低。

用于有机物处理的光触媒的主要原材料为金属复合物。该系统主要由一个光传感器(Ru或者Rp的复合物)、电子传输介质(MV²⁺或Ru(bpy)₃²⁺)、施主电子(TEOA或EDTA)、表面活性剂和另外的物质组成。利用金属卟啉衍生物作为光催化剂阻止逆反应，可以有效的提高光触媒产氢的效率、稳定性和重复性。同时，半导体纳米颗粒也作为光触媒有机污染物处理的主要原料。因为，半导体光催化剂很容易大规模生产，利用化学合成方法形成光触媒薄膜，包括ZnS、甲醇和水，在光照作用下使C-C键脱氢产生氢气和乙醇。该研究对氢气转换效率有了很大的转变，同时乙醇的分离率达到95％，已达到了国家领先水平。

其中，CdS是一种广泛应用于降解有机污染物的半导体催化剂，光降解CdS表面的RuO₂或者Rh₂O₃能够快速分离并传输光产生的电子和空穴，并有效避免CdS发生光腐蚀。但是，硫化镉本身存在一定的物理毒性，对人体健康和环境都存在一定的危害性。而二氧化钛具有超亲水性、无毒性、耐光性以及合适的能带结构等特点，使得基于二氧化钛的光触媒材料产生。第一代光触媒材料，主要是控制二氧化钛在中高温条件下，调控晶体形貌尺寸，晶体长大；在不同温度下获得金红石型或者锐钛矿型二氧化钛晶体。纯相二氧化钛光催化剂，对紫外光敏感，降解效率较高。第二代光触媒材料是在二氧化钛材料中掺入金属Ag+、Au+等离子，提高光催化剂在可见光范围的降解效率；这种材料的制备手段都较为复杂，技术相对成熟，但是产业化难度较大。因此，在提高可见光的吸收效率的前提下，寻求程序简单、成本低廉、市场应用范围广的新型光触媒材料成了研究人员探索光催化领域的主要需求。