一种光触媒材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及光触媒技术领域，具体涉及一种光触媒材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前针对挥发性有机化合物等有害气体所造成的室内空气污染，主要产品有光触媒、生物酶及其它一些化学产品，但由于生产工艺及标准不同，此类产品的净化效果良莠不齐。而对于室外大气污染治理，由于空间不封闭，污染源比较复杂，目前国内主要集中在从减少排放等源头上进行规划治理，单个排放源应满足国家对于排放的要求，但众多个体排放到空气中的污染气体总量依然远远超过了国家及居民对空气质量的标准和要求。
3.二氧化钛纳米材料作为一种常见的光触媒，具有比表面积大、光催化和吸收能力、耐候性和耐化学腐蚀性好、对人体无毒等优点，在光催化领域具有一定的应用，通过吸收光子，二氧化钛表面产生氧化还原自由基，与外界物质发生化学反应，可以实现诸如水解制氢、去除有害物等功能。然而，现有的光触媒纳米粒子的制备易于团聚，降低催化效果。
4.中国专利文献cn101983569a提供了一种以埃洛石为载体的二氧化钛纳米抗菌剂及其制备方法，其制备方法包括：埃洛石活化；配制四氯化钛溶液；将活化后的埃洛石与四氯化钛溶液混合，配制成悬浮液；缓慢滴加氨水溶液至上述悬浮液中，当体系ph值稳定在6～7时，停止滴加，并继续搅拌30～60min；将反应产物过滤、洗涤，干燥，煅烧，即得到以埃洛石为载体的二氧化钛纳米抗菌剂。然而该制备方法得到的纳米抗菌剂的二氧化钛分布不均匀，且容易团聚，导致催化活性低下。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的光触媒材料催化活性低下的缺陷，从而提供一种光触媒材料及其制备方法和应用。
6.为此，本发明提供了一种光触媒的制备方法，包括如下步骤：
7.s1、将锌离子抗菌剂和分散剂分散于醇溶剂中，加入碱性试剂，得到溶液；
8.s2、将钛酸酯滴加到s1步骤得到的溶液中反应，经过热处理，制得光触媒材料。
9.进一步地，s1步骤得到的溶液中，所述锌离子抗菌剂的浓度为0.1～5g/100ml；和/或，所述钛酸酯的质量与锌离子抗菌剂的质量比为1:100～50:100。
10.进一步地，s1步骤得到的溶液中，所述锌离子抗菌剂的浓度为0.5～1g/100ml，所述钛酸酯的质量与锌离子抗菌剂的质量比为1:100。
11.进一步地，分散剂选自十八烷基季铵盐，可选的，s1步骤得到的溶液中，所述分散剂的质量为所述锌离子抗菌剂质量的0.1％-1％。十八烷基季铵盐可以是但不局限季铵盐-18甲基硫酸盐。
12.进一步地，s1的分散步骤中采用超声分散的方式，优选的，超声时间为5-10min，超声功率为50-70w。
13.进一步地，碱性试剂为氨水(即工业氨水)，可选的，每100ml醇溶剂中加入氨水的
体积为0.25-0.35ml。
14.进一步地，所述钛酸酯选自钛酸四乙酯和/或钛酸四异丙酯；和/或，s2步骤中，反应的温度为35℃-45℃，时间为1.5-2.5h；和/或，s2步骤中，热处理温度为400～500℃，处理时间为10mim～30min；和/或，醇溶剂为乙醇。
15.进一步地，热处理之前还包括对反应液进行离心提纯，收集固体，对固体进行烘干的步骤(离心提纯烘干)。
16.本发明还提供了上述任一所述的制备方法制得的光触媒材料。
17.进一步地，所述锌离子抗菌剂的尺寸为1.5-3μm。
18.进一步地，所述光触媒材料中二氧化钛的粒径为20～200nm，优选为30～50nm。
19.进一步地，上述任一所述的制备方法制得的光触媒材料或者所述的光触媒材料在抗菌、除臭或者除甲醛中的应用。
20.本发明技术方案，具有如下优点：
21.1.本发明提供的光触媒材料的制备方法，包括如下步骤：s1、将锌离子抗菌剂和分散剂分散于醇溶剂中，加入碱性试剂，得到溶液；s2、将钛酸酯滴加到s1步骤得到的溶液中反应，经过热处理，制得光触媒纳米材料，通过以锌离子抗菌剂为载体，在分散剂的存在下，并结合采用表面原位生长光触媒纳米粒子，避免光触媒纳米粒子的团聚，有效控制了光触媒纳米粒子的尺寸。相比于单纯的光触媒纳米粒子或者采用其他载体材料，更具催化活性。
22.2.本发明提供的光触媒材料的制备方法，经热处理之后形成的二氧化钛与氧化锌通过化学键连接形成pn结(p-n junction)，有助于提升光触媒的催化性能。
23.3.本发明提供的光触媒材料的制备方法，s1步骤得到的溶液中，通过控制所述锌离子抗菌剂的浓度为0.1～5g/100ml或者通过控制钛酸酯的质量与锌离子抗菌剂的质量比为1:100～50:100，尤其是控制锌离子抗菌剂的浓度为0.5～1g/100ml，钛酸酯的质量与锌离子抗菌剂的质量比为1:100时，能够进一步提高制备得到的光触媒材料的催化活性。
具体实施方式
24.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
25.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
26.其中，锌离子抗菌剂购自上海英洛莎化工科技有限公司，型号h401，尺寸3μm。
27.实施例1
28.本实施例提供了一种光触媒材料的制备方法，包括如下步骤：将0.5g的锌离子抗菌剂、0.005g的分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于100ml的乙醇中，超声时间为10min，功率为60w，随后加入0.3ml的工业氨水，再逐滴滴加0.005g的钛酸四乙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备得到光触媒材料。经测试，光触媒材料上的二氧化钛纳米粒子的平均粒径为30nm。
29.实施例2
30.本实施例提供了一种光触媒材料的制备方法，具体制备包括如下步骤：将1g的锌离子抗菌剂、0.01g的分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于100ml的乙醇中，超声时间为10min，功率为60w，随后加入0.3ml的工业氨水，再逐滴滴加0.01g的钛酸四乙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备得到光触媒材料。经测试，光触媒材料上的二氧化钛纳米粒子的平均粒径为50nm。
31.实施例3
32.本实施例提供了一种光触媒材料的制备方法，具体制备包括如下步骤：将5g的锌离子抗菌剂、0.05g的分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于100ml的乙醇中，超声时间为10min，功率为60w，随后加入0.3ml的工业氨水，再逐滴滴加0.05g的钛酸四乙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备得到光触媒材料。经测试，光触媒材料上的二氧化钛纳米粒子的平均粒径为90nm。
33.实施例4
34.本实施例提供了一种光触媒材料的制备方法，具体制备包括如下步骤：将1g的锌离子抗菌剂、0.01g的分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于100ml的乙醇中，超声时间为10min，功率为60w，随后加入0.3ml的工业氨水，再逐滴滴加0.01g的钛酸四异丙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备制备得到光触媒材料。经测试，光触媒材料上的二氧化钛纳米粒子的粒径为45nm。
35.实施例5
36.本实施例提供了一种光触媒材料的制备方法，具体制备包括如下步骤：将1g的锌离子抗菌剂、0.01g的分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于100ml的乙醇中，超声时间为10min，功率为60w，随后加入0.3ml的工业氨水，再逐滴滴加0.05g的钛酸四乙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备制备得到光触媒材料。经测试，光触媒材料上的二氧化钛纳米粒子的平均粒径为105nm。
37.实施例6
38.本实施例提供了一种光触媒材料的制备方法，具体制备包括如下步骤：将1g的锌离子抗菌剂、0.01g的分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于100ml的乙醇中，超声时间为10min，功率为60w，随后加入0.3ml的工业氨水，再逐滴滴加0.2g的钛酸四乙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备制备得到光触媒材料。经测试，光触媒材料上的二氧化钛纳米粒子的平均粒径为140nm。
39.实施例7
40.本实施例提供了一种光触媒材料的制备方法，具体制备包括如下步骤：将1g的锌离子抗菌剂、0.01g的分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于100ml的乙醇中，超声时间为10min，功率为60w，随后加入0.3ml的工业氨水，再逐滴滴加0.5g的钛酸四乙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备锌制备得到光触媒材料。经测试，光触媒材料上的二氧化钛纳米粒子的平均粒径为175nm。
41.对比例1
42.本对比例提供了一种光触媒材料的制备方法，在未添加锌离子抗菌剂的条件下，合成了光触媒纳米粒子，具体制备包括如下步骤，将0.3ml的工业氨水溶解于100ml的乙醇
中，将0.01g分散剂(季铵盐-18甲基硫酸盐)经超声分散于上述乙醇溶液中，超声时间为10min，功率为60w，再逐滴滴加0.05g的钛酸四乙酯，反应温度为40℃，反应时间为2h，经离心提纯烘干后，于400℃处理半小时制备得到光触媒材料。经测试，二氧化钛纳米粒子的平均粒径为400nm。
43.对比例2
44.本对比例提供了一种光触媒材料的制备方法，与实施例7的区别仅在于将锌离子抗菌剂更换为同质量的埃洛石。
45.对比例3
46.本对比例提供了一种光触媒材料的制备方法，与实施例7的区别仅在于将锌离子抗菌剂更换为同质量的石墨烯。
47.实验例光催化活性
48.1、实验方法
49.取各实施例和对比例制得的光触媒材料5mg分别添加到100ml的甲醛溶液(10mg/l)，光降解前在黑暗中搅拌半小时以达到吸附与解吸附平衡，然后将悬浮液置于光照条件下进行降解实验。光照时间为30min，温度为25℃。降解试验结束后。降解实验结束后，采用紫外光谱法测试溶液中甲醛的浓度，计算降解率，降解率＝(降解前甲醛溶液浓度-降解后甲醛溶液浓度)/降解前甲醛溶液浓度
×
100％。
50.2、实验结果
51.项目甲醛降解率(％)实施例196实施例292实施例390实施例495实施例590实施例689实施例787对比例154对比例22对比例31
52.由上述结果可知，相比于对比例1-3来说，本发明实施例1-7能够明显提高催化活性，提高甲醛降解率。
53.实施例2与实施例4相比较可知，本发明通过采用钛酸四异丙酯能够进一步提高甲醛降解率。
54.实施例1、2与实施例3、5-7相比较可知，本发明实施例1、2通过将锌离子抗菌剂的浓度以及钛酸酯的质量与锌离子抗菌剂的质量比控制在优选范围内能够进一步提高甲醛降解率。
55.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。