一種用于空氣污染治理的吸附可見光催化材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于空氣治理的吸附可見光催化復(fù)合功能材料的制備方法，具體地說是利用煤矸石、瀝青粉和電氣石為原料，制備帶永久負(fù)電荷的活性炭-沸石復(fù)合物，作為WO3/TiO2催化劑的載體合成吸附-可見光催化材料。該復(fù)合材料中，電氣石自然帶永久負(fù)電荷，能持續(xù)高效地吸附空氣中帶正電荷的PM2.5，煤矸石生成的活性炭-沸石復(fù)合物具有超大的比表面積，同時(shí)具備沸石的親水性和活性炭的疏水特性，對(duì)空氣中的極性污染物和疏水性的VOCs等物質(zhì)具有良好的特異吸附性，在太陽光照下，上述被吸附的污染物可被WO3/TiO2催化劑降解去除。本發(fā)明產(chǎn)品可以用在外墻涂料【技術(shù)領(lǐng)域】，在雨水沖洗后保持自凈，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染空氣的持續(xù)高效凈化。
【專利說明】—種用于空氣污染治理的吸附可見光催化材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬大氣污染治理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于空氣治理的吸附-可見光催化復(fù)合功能材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，區(qū)域性大氣污染日益嚴(yán)重。近年來在我國多個(gè)地區(qū)接連出現(xiàn)以細(xì)顆粒物為特征污染物的霧霾天氣，對(duì)能見度、公眾健康和城市景觀構(gòu)成巨大威脅。
[0003]在現(xiàn)有的空氣污染治理技術(shù)中，光催化材料因其具有顯著的空氣凈化效能，成為解決城市空氣污染的有效途徑之一。光催化技術(shù)的原理是利用的光催化材料，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，對(duì)有毒有害的物質(zhì)進(jìn)行氧化降解，達(dá)到了無害化處理。光催化反應(yīng)對(duì)于空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)具有普遍較好的降解效果，同時(shí)，其對(duì)空氣中的無機(jī)污染物(NOx、C0、H2S等)也有氧化去除作用，并對(duì)暴露于空氣中的細(xì)菌和病毒同樣具有良好的滅殺作用。在諸多光催化/敏化半導(dǎo)體材料中，二氧化鈦(Ti02)因其潔凈、安全、環(huán)境友好等特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。
[0004]近年來，國內(nèi)外在光催化環(huán)境凈化涂料的研究和工業(yè)化應(yīng)用方面取得了一定成果。如專利CN 101629031B公開了一種具有殺菌和分解有毒物質(zhì)的光催化功能涂料的制備方法，可以用在內(nèi)墻涂料、紡織織物等【技術(shù)領(lǐng)域】。專利CN 102776993A公開了一種具有防污自潔功能的光觸媒建筑物外壁，通過在建筑物的基材表面噴涂Ti02光觸媒，從而使外壁有防污自潔功能的具有防污自潔功能。實(shí)踐表明，在城市的道路、建筑立面的表面涂布光催化劑材料，通過光線作用催化降解功能，能有效降解空氣中的N0x、V0Cs和硫氧化物等污染物，從而間接消除PM2.5，對(duì)凈化城市空氣污染物和改善空氣質(zhì)量有較好效果，同時(shí)不影響建筑物的使用功能，也不影響建筑物的外觀。
[0005]盡管納米Ti02在環(huán)境凈化涂料中的應(yīng)用取得了引人注目、卓有成效的成果，但依然存在有某些不利于實(shí)際推廣的問題。(1)納米打02在使用上對(duì)環(huán)境有一定的依賴性和局限性，其對(duì)紫外光源利用率極高，而對(duì)常見的可見光源(如:太陽光)利用不足，效率很低，但在太陽光照中，紫外光源的比例不到6%，這就大大局限了納米1102環(huán)境凈化涂料的使用范圍。(2)在氣相反應(yīng)體系中，污染物預(yù)先在催化劑表面的吸附對(duì)提高光催化氧化速率是非常重要的，而現(xiàn)有Ti02復(fù)合光催化材料往往只注重自潔功能，其對(duì)VOCs和PM2.5等污染物的吸附性能較差，直接影響了其實(shí)際空氣凈化效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種用于空氣治理的吸附可見光催化復(fù)合功能材料的制備方法。具體是利用煤矸石、浙青粉和電氣石為原料，制備高質(zhì)量的活性炭-沸石復(fù)合物，以此為載體負(fù)載冊(cè)3/1102合成吸附-可見光催化劑，用于對(duì)空氣中PM2.5和VOCs等污染物的高效吸附-光催化去除。
[0007]本發(fā)明提出的一種用于空氣污染治理的吸附可見光催化材料的制備方法，所述吸附可見光催化材料為負(fù)載有W03/Ti02的活性炭-沸石材料，具體步驟如下:
(1)將粒度為200目以下煤矸石、電氣石和浙青粉，按煤矸石:電氣石:浙青粉為(0.5?0.9): (0.05?0.15): (0.Γθ.3)的重量比進(jìn)行配比，并充分混合，制得物料A ;
(2)在室溫下，將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按1:1的體積比混合，攪拌0.5?2h，得到均勻透明的黃色溶液B ;
(3)將步驟(1)得到的物料A和步驟(2)得到的黃色溶液B按質(zhì)量體積比1:1飛的比例混合，陳化24?48h,在流速為200mL/min的二氧化碳?xì)怏w條件下,升溫至50(T800°C炭化6?12h，冷卻至室溫后，制得物料C ；
(4)將步驟(3)得到的物料C和鎢酸鈉水溶液按照質(zhì)量體積比(w/v)10%充分混合，超聲振蕩4?8 h，然后洗滌干燥，氮?dú)鈿夥?0(T55(rC下活化2?4h，冷卻室溫后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0008]本發(fā)明中，所述的物料C和鎢酸鈉的重量比為(0.8、.95):(0.05、.2)。
[0009]原理:利用煤矸石、浙青粉和電氣石為原料，制備帶永久負(fù)電荷的活性炭-沸石復(fù)合物，作為W03/Ti02催化劑的載體合成吸附可見光催化復(fù)合材料。該復(fù)合材料中，電氣石自然帶永久負(fù)電荷，能持續(xù)高效地吸附空氣中帶正電荷的PM2.5，煤矸石生成的活性炭-沸石復(fù)合物具有超大的比表面積，同時(shí)具備沸石的親水性和活性炭的疏水特性，對(duì)空氣中的極性污染物和疏水性的VOCs等物質(zhì)具有良好的特異吸附性，在太陽光照下，上述被吸附的污染物可被W03/Ti02催化劑降解去除。本發(fā)明產(chǎn)品可以用在外墻涂料【技術(shù)領(lǐng)域】，在雨水沖洗后保持自凈，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染空氣的持續(xù)高效凈化。
[0010]與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.在吸附光催化材料的制備中，浙青粉的加入不僅可以作為粘結(jié)劑提高復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度，而且還可以起到補(bǔ)炭的作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)復(fù)合材料中活性炭/沸石的比例，所制備的復(fù)合材料同時(shí)具備沸石的親水性和活性炭的疏水性，具有超大的比表面積和微孔吸附孔道，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中污染物的高效吸附。
[0011]2.在吸附光催化材料中添加電氣石，其表面的自然永久性負(fù)電荷與PM2.5的正電荷相互匹配，使其具有吸附PM2.5的獨(dú)特功能。
[0012]3.W03/Ti02光催化劑具有良好的可見光催化性能，能充分利用太陽光能源，實(shí)現(xiàn)對(duì)吸附的空氣污染物徹底降解去除。
[0013]4.該吸附光催化材料以廉價(jià)的煤矸石為主要原料，成本低，經(jīng)濟(jì)可行，在應(yīng)用中通過雨水作用實(shí)現(xiàn)自凈，無需另行維護(hù)。

【具體實(shí)施方式】
[0014]以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]實(shí)施例1
(1)將粒度為200目的煤矸石、電氣石和浙青粉，按煤矸石:電氣石:浙青粉=0.8:0.05: 0.15的重量比進(jìn)行配比，并充分混合，制得物料A。
[0016](2)在室溫下，將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按體積比1:1混合，攪拌0.5h，得到均勻透明的黃色溶液B。
[0017](3)將物料A和黃色溶液B按質(zhì)量體積比1:3的比例混合，陳化24h，在流速為200mL/min的二氧化碳?xì)怏w條件下,升溫至650°C炭化6h,冷卻至室溫后，制得物料C。
[0018](4)將物料C和鎢酸鈉水溶液按照質(zhì)量體積比(w/v) 10%充分混合(物料C和鎢酸鈉的重量比為0.95:0.05)，超聲振蕩4h，然后洗滌干燥，氮?dú)鈿夥?00°C下活化2h，冷卻室溫后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0019]采用《GBT 23761-2009光催化空氣凈化材料性能測(cè)試方法》進(jìn)行制備材料對(duì)空氣凈化能力測(cè)試，實(shí)驗(yàn)將0.5g上述制備的吸附可見光催化材料涂布在200mmX 100mm片狀玻璃片上，在甲苯初始濃度為6mg/L時(shí)，可見光光照8h，去除率達(dá)到96%，處理效果良好。
[0020]實(shí)施例2
(1)將粒度為200目的煤矸石、電氣石和浙青粉，按煤矸石:電氣石:浙青粉=0.85:0.03: 0.12的重量比進(jìn)行配比，并充分混合，制得物料A。
[0021](2)在室溫下，將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按體積比1:1混合，攪拌0.5h，得到均勻透明的黃色溶液B。
[0022](3)將物料A和黃色溶液B按質(zhì)量體積比1: 3的比例混合，陳化12h，在流速為200mL/min的二氧化碳?xì)怏w條件下,升溫至550°C炭化6h,冷卻至室溫后，制得物料C。
[0023](4)將物料C和鎢酸鈉水溶液按照質(zhì)量體積比(w/v) 10%充分混合(物料C和鎢酸鈉的重量比為0.93:0.07)，超聲振蕩4h，然后洗滌干燥，氮?dú)鈿夥?00°C下活化2h，冷卻室溫后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0024]采用《GBT 23761-2009光催化空氣凈化材料性能測(cè)試方法》進(jìn)行制備材料對(duì)空氣凈化能力測(cè)試，實(shí)驗(yàn)將0.5g上述制備的吸附可見光催化材料涂布在200mmX 100mm片狀玻璃片上，在甲醛初始濃度為10mg/L時(shí)，可見光光照llh，去除率達(dá)到94%，處理效果良好。
[0025]實(shí)施例3
(1)將粒度為200目的煤矸石、電氣石和浙青粉，按煤矸石:電氣石:浙青粉=0.7:0.08: 0.22的重量比進(jìn)行配比，并充分混合，制得物料A。
[0026](2)在室溫下，將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按體積比1:1混合，攪拌0.5h，得到均勻透明的黃色溶液B。
[0027](3)將物料A和黃色溶液B按質(zhì)量體積比1:4的比例混合，陳化24h，在流速為200mL/min的二氧化碳?xì)怏w條件下,升溫至600°C炭化8h,冷卻至室溫后，制得物料C。
[0028](4)將物料C和鎢酸鈉水溶液按照質(zhì)量體積比(w/v) 10%充分混合(物料C和鎢酸鈉的重量比為0.95:0.05)，超聲振蕩4h，然后洗滌干燥，氮?dú)鈿夥?00°C下活化2h，冷卻室溫后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0029]采用PM2.5實(shí)驗(yàn)艙、PM2.5檢測(cè)儀，檢驗(yàn)待測(cè)產(chǎn)品能對(duì)PM2.5的吸附和光催化去除性能，實(shí)驗(yàn)將0.5g上述制備的吸附可見光催化材料涂布在200mmX100mm片狀玻璃片上，在PM2.5濃度為73 ug/m3,吸附時(shí)間為30min時(shí)，產(chǎn)品對(duì)PM2.5的吸附率達(dá)54%以上，在可見光光照條件下，PM2.5中的有機(jī)物污染可被徹底降解去除。
【權(quán)利要求】
1.一種用于空氣污染治理的吸附可見光催化材料的制備方法，其特征在于所述吸附可見光催化材料為負(fù)載有W03/Ti02的活性炭-沸石材料，具體步驟如下: (O將粒度為200目以下煤矸石、電氣石和浙青粉，按煤矸石:電氣石:浙青粉為(0.5?0.9): (0.05?0.15): (0.1?0.3)的重量比進(jìn)行配比，并充分混合，制得物料A ; (2)在室溫下，將鈦酸四正丁酯與無水乙醇按1:1的體積比混合，攪拌0.5?2h，得到均勻透明的黃色溶液B ; (3 )將步驟(I)得到的物料A和步驟(2 )得到的黃色溶液B按質(zhì)量體積比1:1飛的比例混合，陳化24?48h,在流速為200mL/min的二氧化碳?xì)怏w條件下,升溫至50(T800°C炭化6?12h，冷卻至室溫后，制得物料C ； (4)將步驟(3)得到的物料C和鎢酸鈉水溶液按照質(zhì)量體積比(w/v) 10%充分混合，超聲振蕩4?8 h，然后洗滌干燥，氮?dú)鈿夥?0(T55(rC下活化2?4h，冷卻室溫后粉碎至150目以下，即制得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于空氣污染治理的吸附可見光催化材料的制備方法，所述的物料C和鎢酸鈉的重量比為(0.8?0.95):(0.05?0.2)。
【文檔編號(hào)】B01J20/20GK104307473SQ201410558124
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】王學(xué)江, 尹大強(qiáng), 趙建夫, 宋靖柯, 張晶, 馬榮榮, 夏鵬, 王鑫, 黃嘉瑜, 陳杰 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)