一種利用led光源降解空氣污染物的光催化材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用LED光源降解空氣污染物的光催化材料的制備方法，該方法是將電氣石微粉、混合稀土稀土氧化物或硝酸鹽、過渡族金屬化合物的一種或兩種以上混合摻雜改性負載于泡沫金屬中的光催化材料，經一定溫度燒結一定時間得到光催化薄膜；與特定波長發光二極管（LED）平面光源組裝成光催化降解空氣污染物模塊。本發明簡單易行、設備材料少、費用低等優點。經試驗，采用本發明所得產品可高效去除空氣污染物，去除周期短，其中甲醛去除率達97.6%，可廣泛應用于毒氣和有害氣體凈化領域，具有非常廣闊的應用前景。
【專利說明】一種利用LED光源降解空氣污染物的光催化材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有毒有害氣體治理領域，具體是一種利用LED光源降解空氣污染物的光催化材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]室內空氣污染已成為危及人類健康安全的突出問題。我國北京、上海、天津三大城市室內空氣中甲醛超標率分別為79%、82%、81%，有的甚至超標幾十倍。室內空氣污染對神經、免疫、內分泌、生殖等系統產生不良影響，或致癌、致突變。據統計，人類68%的疾病由空氣污染造成，全世界死于空氣污染400萬人/年，其中，我國為11.1萬人/年，因此，世界衛生組織(WHO)已將室內空氣污染列為最危險的因素之一。其中，甲醛是室內空氣污染的典型污染物之一，濃度高、危害大。
[0003]光催化氧化技術由于能在常溫常壓下將室內空氣污染物分解為C02、H20、無機物質等，具有反應過程快速高效、無二次污染等特點，其中，TiO2由于具有較高的氧化活性、對光穩定、無毒、價廉、投資低等優點而成為一種重要的、有應用前景的光催化材料。然而，目前的TiO2光催化技術是以紫外燈為光源，成本高昂，限制了其工業化應用，盡管可應用太陽能作為光源，但TiO2只能利用太陽光能量中的5%的紫外部分，效率很低，光源已成為TiO2光催化技術工業化應用的最大障礙。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種能利用LED光源降解空氣污染物的光催化材料的制備方法，通過稀土、過渡族金屬、電氣石等對TiO2光催化材料的復合摻雜改性，使其能利用具有光強穩定、體積小、發光電壓低、壽命長、安全高效等優點的發光二極管(LED)作為光源高效降解空氣污染物，該方法還具有簡單易行、成本低等優點。
[0005]實現本發明目的的技術方案是:
一種利用LED光源降解空氣污染物的光催化材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將一定量的電氣石微粉加入無水乙醇中，在不斷攪拌作用下，加入鈦酸丁酯、乙酰丙酮，繼續攪拌均勻后形成A溶液；
(2)取一定量的稀土與無水乙醇混合，攪拌均勻后再依次加入蒸餾水、冰醋酸形成B溶
液；
(3)將一定量的過渡族金屬與無水乙醇混合，攪拌均勻后再依次加入蒸餾水、冰醋酸形成C溶液；
(4)在不斷攪拌作用下，將B溶液逐滴加入A溶液中，繼續攪拌使其混合均勻；
(5)在不斷攪拌作用下，將C溶液逐滴加入步驟(4)得到的混合溶液中，繼續攪拌
0.2?8h，然后陳化0.2?IOOh形成穩定的溶膠；
(6)將準備好的泡沫金屬置于步驟(5)得到的溶膠里，浸潰時間為0.r5h ；(7)采用提拉鍍膜儀以0.r20cm/min的速度勻速提拉，置于烘箱內于5(Tl8(TC溫度下烘干；
(8)將步驟(6)~(7)反復操作f10次；
(9)在設定溫度下燒結一定時間即可得到負載于泡沫金屬上的光催化薄膜；
(10)取一定數量一定波長的發光二極管(LED)組裝成平面光源，并與光催化薄膜相隔一定距離，即可得到降解空氣污染物的光催化模塊。
[0006]步驟(1)所述電氣石微粉的粒度為2000-9000目，其摻雜量為0.01~8wt%。
[0007]步驟(2)所述稀土為混合稀土，或者鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓的氧化物或硝酸鹽的一種或兩種以上，按相同重量比混合制成，其摻雜量為0.01~9.6 wt %。
[0008]步驟(3)所述過渡族金屬為水合硝酸鉻、水合硝酸銅、四水合鑰酸銨、硫酸亞鐵銨的一種或兩種以上，按相同重量比混合制成，其摻雜量為0.01~7.8 wt %。
[0009]步驟(6)所述的泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、泡沫鐵、泡沫合金等，其孔徑為0.lmm~15mm、通孔率> 80%。
[0010]步驟(9)所述燒結溫度為30(T90(TC、燒結時間為0.l~9h。
[0011]步驟(10)所述發光二極管波長范圍為365~395nm，平面光源與光催化薄膜的距離為0.1~30cm,光照強度為0. 1~25mw/cm2。
[0012]本發明的積極效果是:通過稀土、過渡族金屬、電氣石復合摻雜改性，使光催化材料能利用光強穩定、壽命長、安全高效的發光二極管作為光源降解空氣污染物，去除周期短、去除效率高；本發明還具有簡單易行、設備材料少、費用低等優點。本發明產品可廣泛應用于毒氣和有害氣體凈化領域，具有非常廣闊的應用前景。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例對本
【發明內容】
作進一步的說明，但不是對本發明的限定。
[0014]實施例1
將粒度為3000目的電氣石微粉加入20mL無水乙醇中，其摻雜量為0.2wt%，在不斷攪拌作用下，加入IOmL鈦酸丁酯、ImL乙酰丙酮，攪拌均勻后形成A溶液；將0.8wt%硝酸鑭與20mL無水乙醇混合，均勻后再依次加入2mL蒸餾水、2.5mL冰醋酸形成B溶液；將0.5wt%的水合硝酸鉻與20mL無水乙醇混合，均勻后再依次加入2mL蒸餾水、2.5mL冰醋酸形成C溶液；在不斷攪拌作用下，將B溶液逐滴加入A溶液中，使其混合均勻，再逐滴加入C溶液，繼續攪拌
0.5h，陳化20h形成穩定的溶膠；將裁剪成尺寸為145mmX80mm的泡沫鎳置于溶膠中浸潰
0.2h ;采用提拉鍍膜儀以2cm/min的速度勻速提拉，放入烘箱內于120°C烘干；浸潰、提拉、烘干反復操作2次；在400°C溫度下燒結2h即可得到負載于泡沫金屬上的光催化薄膜；取波長為375nm的發光二極管(LED)組裝成平面光源，并與光催化薄膜相距7cm，形成光催化降解空氣污染物模塊，其光照強度為0.25mW/cm2。
[0015]經3次平行試驗得出，光催化薄膜的甲醛去除率為87.6%。
[0016]實施例2
將粒度為4000目的電氣石微粉加入20mL無水乙醇中，其摻雜量為0.4wt%，在不斷攪拌作用下，加入IOmL鈦酸丁酯、ImL乙酰丙酮，攪拌均勻后形成A溶液；將1.0wt%硝酸鑭、硝酸鋪混合物(重量比為1:1)與20mL無水乙醇混合,均勻后再依次加入2mL蒸懼水、2.5mL冰醋酸形成B溶液；將0.7wt%的水合硝酸鉻、水合硝酸銅(1:1)混合物與20mL無水乙醇混合，均勻后再依次加入2mL蒸餾水、2.5mL冰醋酸形成C溶液；在不斷攪拌作用下，將B溶液逐滴加入A溶液中，使其混合均勻，再逐滴加入C溶液，繼續攪拌lh，陳化20h形成穩定的溶膠；將裁剪成尺寸為145mmX80mm的泡沫銅置于溶膠里浸潰0.3h ;采用提拉鍍膜儀以1.5cm/min的速度勻速提拉，放入烘箱內于120°C烘干；浸潰、提拉、烘干反復操作3次；在500°C溫度下燒結1.5h即可得到負載于泡沫金屬上的光催化薄膜；取波長為385nm的發光二極管(LED)組裝成平面光源，并與光催化薄膜相距6cm，形成光催化降解空氣污染物模塊，光照強度為 0.25mw/cm2。
[0017]經3次平行試驗得出，光催化薄膜的甲醛去除率為91.6%。
[0018]實施例3
將粒度為5000目的電氣石微粉加入20mL無水乙醇中，其摻雜量為0.6wt%，在不斷攪拌作用下，加入IOmL鈦酸丁酯、ImL乙酰丙酮，攪拌均勻后形成A溶液；將1.2wt%硝酸鑭、硝酸釹混合物(重量比為1:1)與20mL無水乙醇混合,均勻后再依次加入2mL蒸懼水、2.5mL冰醋酸形成B溶液；將0.9wt%的水合硝酸鉻、四水合鑰酸銨(1:1)混合物與20mL無水乙醇混合，均勻后再依次加入2mL蒸餾水、2.5mL冰醋酸形成C溶液；在不斷攪拌作用下，將B溶液逐滴加入A溶液中，使其混合均勻，再逐滴加入C溶液，繼續攪拌2h，陳化24h形成穩定的溶膠；將裁剪成尺寸為145mmX80mm的泡沫鎳置于溶膠里浸潰0.5h ;采用提拉鍍膜儀以lcm/min的速度勻速提拉，放入烘箱內于180°C烘干；浸潰、提拉、烘干反復操作4次；在6001:溫度下燒結Ih即可得到負載于泡沫金屬上的光催化薄膜；取波長為395nm的發光二極管(LED)組裝成平面光源，并與光催化薄膜相距5cm，形成光催化降解空氣污染物模塊，其光照強度為 0.3mw/cm2。
[0019]經3次平行試驗得出，光催化薄膜的甲醛去除率為97.6%。
【權利要求】
1.一種利用LED光源降解空氣污染物的光催化材料的制備方法，其特征是:包括以下步驟: (1)將一定量的電氣石微粉加入無水乙醇中，在不斷攪拌作用下，加入鈦酸丁酯、乙酰丙酮，繼續攪拌均勻后形成A溶液； (2)取一定量的稀土與無水乙醇混合，攪拌均勻后再依次加入蒸餾水、冰醋酸形成B溶液； (3)將一定量的過渡族金屬與無水乙醇混合，攪拌均勻后再依次加入蒸餾水、冰醋酸形成C溶液； (4)在不斷攪拌作用下，將B溶液逐滴加入A溶液中，繼續攪拌使其混合均勻； (5)在不斷攪拌作用下，將C溶液逐滴加入步驟(4)得到的混合溶液中，繼續攪拌0.2~8h，然后陳化0.2~IOOh形成穩定的溶膠； (6)將準備好的泡沫金屬置于步驟(5)得到的溶膠里，浸潰時間為0.r5h ； (7)采用提拉鍍膜儀以0.r20cm/min的速度勻速提拉，置于烘箱內于5(Tl8(TC溫度下烘干； (8)將步驟(6)~(7)反復操作f10次； (9)在設定溫度下燒結一定時間即可得到負載于泡沫金屬上的光催化薄膜； (10)取一定數量一定波長的發光二極管(LED)組裝成平面光源，并與光催化薄膜相隔一定距離，即可得到降解空氣污染物的光催化模塊。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(1)所述電氣石微粉的粒度為2000^9000目，其摻雜量為0.01~8wt%。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(2)所述稀土為混合稀土，或者鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓的氧化物或硝酸鹽的一種或兩種以上，按相同重量比混合制成，其摻雜量為0.01~9.6 wt %。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(3)所述過渡族金屬為水合硝酸鉻、水合硝酸銅、四水合鑰酸銨、硫酸亞鐵銨的一種或兩種以上，按相同重量比混合制成，其摻雜量為0.01~7.8 wt %。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(6)所述的泡沫金屬為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鋁、泡沫鐵、泡沫合金等，其孔徑為0.lmnTl5mm、通孔率> 80%。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(9)所述燒結溫度為30(T90(TC、燒結時間為0.1~9h。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是:步驟(10)所述發光二極管波長范圍為365~395nm,平面光源與光催化薄膜的距離為0.l~30cm,光照強度為0.l~25mw/cm2。
8.用權利要求1-7之一所述的制備方法制備的利用LED光源降解空氣污染物的光催化材料。
【文檔編號】B01D53/86GK103977811SQ201410202371
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】蒙冕武, 劉慶業, 劉明登, 鄧希敏 申請人:廣西師范大學