專利名稱：利用光催化控制室內(nèi)空氣中微生物的方法及所用的光催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光催化控制室內(nèi)空氣中微生物的方法以及所采用的光催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
自從20世紀70年代中期以來，由于油價高企和節(jié)約能源措施的推行，建筑物中空氣質(zhì)量差成為一個很大的問題。
現(xiàn)代樓房建筑的玻璃裝飾，導(dǎo)致窗戶被經(jīng)常關(guān)閉，阻止了空氣的自然流通與更換。
而室內(nèi)空間缺乏通風(fēng)，又導(dǎo)致了對機械式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的依賴，使得空氣再循環(huán)量增加到70％，這又加劇了室內(nèi)空氣的污染和惡化。
除上述問題外，還必須考慮的是現(xiàn)代的生活習(xí)慣下，很大一部分人群幾乎有90％的時間在封閉的空間中度過。
雖然空氣中存在的污染物是各種各樣的，但必須重視空氣中的生物污染物即生物氣溶膠，這種生物氣溶膠形式是懸浮在空氣中的一種媒介，可以游離于小水滴，或者包含于小水滴中。
上述生物氣溶膠的成分也是多種多樣的，它可以是微生物形態(tài)，如細菌、霉菌、病毒、原生動物，以及這些微生物的代謝產(chǎn)物，如微生理毒素或內(nèi)毒素。
上述情況以及此類媒介帶來兩類不同的病癥一類是所謂的厭惡建筑綜合癥，一類是建筑物疾病，包括軍團菌病、其它的呼吸道感染、超敏反應(yīng)、變態(tài)反應(yīng)等。
源于不同空氣污染物而出現(xiàn)的前述病癥和問題，已經(jīng)引起社會關(guān)注，因此必須了解封閉空氣中的微生物的特點并建立相應(yīng)的防范機制。
雖然完全消除室內(nèi)空氣中的微生物是不可能的，但將污染物水平控制到不超過一定的極限是非常重要的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，本申請人沒有查到利用光催化控制室內(nèi)空氣中微生物的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種利用光催化控制室內(nèi)空氣中微生物的方法。該方法包括令帶有微生物的室內(nèi)空氣流經(jīng)一經(jīng)浸漬處理和紫外UV-C光子活化的表面，該表面經(jīng)浸漬和光活化處理，微生物細胞的有機成分空氣中被完全地光氧化成為CO2。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制室內(nèi)空氣中微生物的光催化劑及其制備方法。
具體地說，本發(fā)明中，利用光催化控制室內(nèi)空氣中微生物的方法包括令帶有微生物的室內(nèi)空氣流經(jīng)一經(jīng)浸漬處理和紫外UV-C光子活化的表面，該表面是由包含一種或幾種半導(dǎo)體催化材料的基材形成的，而且該表面、該基材和該半導(dǎo)體材料都被強氧化性物質(zhì)浸漬處理過。
其中，具有適當流變性質(zhì)的基材是天然硅酸鎂鹽和水，其產(chǎn)品可以是顆粒形狀，或者是通過模具擠出形成的、具有方形截面通道的蜂窩狀單塊體；該基材具有如下優(yōu)點不受反應(yīng)介質(zhì)影響，對于半導(dǎo)體催化材料和氧化性物質(zhì)具有良好的粘性，而且催化材料催化活性的降低達到最小程度；半導(dǎo)體催化材料可以是TiO2、ZnO、Al2O3、MgO、SiO2、CdS、Fe2O3、ZnS和FeOOH；浸漬劑是KMnO4、高碘酸和高碘酸鹽；光活化作用主要是采用短波的紫外光UV-C(波長200-295nm)進行輻射。更強的殺菌作用則是采用265nm的UV紫外光線，其產(chǎn)生最佳的殺菌作用。遺傳物質(zhì)或DNA是紫外光殺滅的靶子，因為紫外光可以穿透細胞壁和細胞質(zhì)膜，導(dǎo)致微生物DNA分子的重建，從而阻止了微生物的繁殖。而當微生物不能繁殖時即可認為其已死亡。
當光活化發(fā)生時，固體的表面會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移過程，價電子被激發(fā)到導(dǎo)電帶(conduction band)，產(chǎn)生了高反應(yīng)性的電子-空穴對，導(dǎo)電帶中的多余電子與分子氧進行反應(yīng)形成過氧化物離子，而過氧化物離子可形成羥基自由基。帶空穴的表面與吸附的水發(fā)生反應(yīng)或與OH-基團發(fā)生反應(yīng)，也形成羥基自由基。光活化的表面就是以這種方式催化光化學(xué)反應(yīng)。
本發(fā)明可應(yīng)用于下列場合空氣清潔設(shè)備、裝置、零附件的制造建筑、房屋、醫(yī)院、學(xué)校、幼兒園、制藥廠、轎車、農(nóng)場、飯店、食品工業(yè)、食品商店、電子以及水栽培等。
以下，結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)解決方案作進一步說明。
優(yōu)選的實施方式利用光催化控制室內(nèi)空氣中微生物的優(yōu)選方法，主要是采用模具擠出的單塊蜂窩狀體作為基材，其具有多條方形截面的通道，通道截面的邊長為2到4毫米。首先，將10％-50％(W/W)的半導(dǎo)體催化材料、40％-90％(W/W)的基材和1％-20％(W/W)的氧化物制成膏狀混合物，控制加入的水量使得到的膏狀混合物具有合適的硬度與可塑性；然后，擠出并將得到的擠出件切割成合適尺寸，再小心烘干，烘干的溫度范圍為80℃-100℃，烘干的時間4-8小時，加熱升溫速率為3℃-5℃/分鐘，以避免幾何形狀的變化。
烘干之后，立即進行適當?shù)臒崽幚?，以獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)(在200℃-500℃溫度下處理2-4小時)。與每種單一成分相比，所得到的復(fù)合材料由于具有纖維狀結(jié)構(gòu)而具有更大的孔隙率。
對于顆粒狀的表面，也可以采用上述的方法，但沒有必要采用擠出混合物的工序，控制其加水量，使獲得的最終粒狀產(chǎn)品中水分占5％-10％。
紫外輻射燈可以具有不同的幾何形狀、功率、壽命和種類，其中，光纖具有許多優(yōu)點，它可以直接將輻射輸送到活化表面，相對反應(yīng)器的體積而言，其能活化較大的表面積。
總之，本發(fā)明的方法以具有適當流變性質(zhì)的天然硅酸鎂鹽作為基材，制得顆粒狀或單塊蜂窩狀(通過擠出模具)的最終產(chǎn)物，或者在占光催化劑總重量40％-90％的基材中加入占總重量10％-50％的單一或復(fù)合的的半導(dǎo)體催化材料，然后氧化性物質(zhì)的浸漬液進行浸漬，這些半導(dǎo)體催化材料優(yōu)選為TiO2、ZnO、Al2O3、MgO、SiO2、CdS、Fe2O3、ZnS和FeOOH，它們能夠催化伴隨有電子轉(zhuǎn)移的光活化反應(yīng)。
本發(fā)明的制備方法包括氧化物溶液的浸漬處理，其中KMnO4、高碘酸和高碘酸鹽占光催化劑總重量的1％-20％，光活化由主要是短波紫外光(200-295nm)的光子完成的。
權(quán)利要求
1.一種用于控制室內(nèi)空氣中微生物的光催化劑，其特征在于，該光催化劑中包含占其總重量10％-50％(W/W)的半導(dǎo)體催化材料、占其總重量40％-90％(W/W)的基材和占其總重量1％-20％(W/W)的氧化性物質(zhì)，其中，所述的基材是由天然硅酸鎂鹽制得的。；該光催化劑的形狀為顆粒狀或者蜂窩狀單塊體，其中，蜂窩狀單塊體具有多條方形截面的通道，通道截面的各邊長為2-4毫米。
2.如權(quán)利要求1所述的光催化劑，其特征在于，所述半導(dǎo)體催化材料是由下述化合物之一或其混合物制得的TiO2、ZnO、Al2O3、MgO、SiO2、CdS、Fe2O3、ZnS和FeOOH。
3.如權(quán)利要求1所述的光催化劑，其特征在于，所述的氧化性物質(zhì)是KMnO4、高碘酸和/或高碘酸鹽。
4.如權(quán)利要求3所述的光催化劑，其特征在于，所述的氧化性物質(zhì)是通過浸漬方式而添加到所述的光催化劑中的。
5.一種制備如權(quán)利要求1-4之一所述的控制室內(nèi)空氣中微生物的光催化劑的方法，所述的制備方法包括將占光催化劑總重量10％-50％(W/W)的半導(dǎo)體催化材料、占總重量40％-90％(W/W)的基材和占總重量1％-20％(W/W)的氧化性物質(zhì)制備成膏狀混合物；控制加入的水量使得到的膏狀混合物具有合適的硬度與可塑性；然后用具有方形截面通道的蜂窩狀模具進行擠出，得到擠出件并進行切割；隨后進行烘干，烘干的溫度范圍為80℃-100℃，烘干的時間4-8小時，加熱升溫速率為3℃-5℃/分鐘；完成烘干后立即在200℃-500℃溫度下進行2-4小時熱處理以獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；最后得到蜂窩狀單塊體形式的光催化劑，該蜂窩狀的單塊體具有多條方形截面的通道，通道截面的各邊長為2-4毫米。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，省略權(quán)利要求5中利用模具擠出膏狀混合物的步驟，而將膏狀混合物制成顆粒狀，并控制水的添加量，以得到水分占5％-10％的最終顆粒產(chǎn)品。
7.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的氧化性物質(zhì)的添加是通過采用氧化性物質(zhì)浸漬液進行浸漬而完成的，所述的氧化性物質(zhì)浸漬液是由KMnO4，高碘酸和高碘酸鹽制得的。
8.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的制備方法還包括光活化的步驟，所述的光活化是用波長為200-295nm的紫外光進行輻射而完成的。
9.一種利用如權(quán)利要求1-4之一所述的光催化劑控制室內(nèi)空氣中微生物的方法，該方法包括令帶有微生物的室內(nèi)空氣流經(jīng)一經(jīng)紫外UV-C光子活化處理的光催化劑表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用光催化控制室內(nèi)空氣中微生物的方法及所采用的光催化劑。本發(fā)明的控制方法包括令帶有微生物的室內(nèi)空氣流經(jīng)一經(jīng)浸漬處理和紫外UV－C光子活化的光催化劑表面，該光催化劑由天然硅酸鎂鹽、半導(dǎo)體催化材料和強氧化性物質(zhì)浸漬液制得。
文檔編號B01J37/00GK1669641SQ20051000601
公開日2005年9月21日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者路易斯·克爾泰羅·桑切斯 申請人:環(huán)境控制公司