[发明专利]溶胶凝胶法制备活性炭－二氧化钛复合光催化剂的方法及其该光催化剂的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法及其该光催化剂的应用。特别是溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法及其该光催化剂的应用。

背景技术

近年来随着室内装修热也带来了室内的空气污染，有害气体主要是装饰材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨气等。这些气体在百万分之几时，就能使人产生不适感。其中，甲醛为毒性较高的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。其浓度在每立方米空气中达到0.06-0.07mg/m³时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中甲醛含量为0.1mg/m³时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m³时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m³，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m³时，会立即致人死亡。

据相关资料统计显示：人类有70％的病症与室内环境有关，我国每年有12万人死于室内污染，90％以上的幼儿白血病患者都是住进新装修房一年内患病的。因此有效降解处理甲醛等有害气体，改善室内环境是非常重要的，同时对甲醛废水的污染问题也不容忽视。

在治理甲醛的现有方法中，吸附法因其效率高、富集功能强、不会造成二次污染等优点而广泛应用。活性炭具有大的比表面积和快的吸脱附速率，是治理甲醛的一种优良吸附剂。但活性炭作为一种吸附剂，达到饱和吸附后，必须再生才可恢复吸附能力。光催化降解是一门方兴未艾的科学技术。在目前所采用的光催化剂中，TiO₂以其活性高、热稳定性好、价格便宜、对人体无害等特性倍受人们青睐，但单纯的TiO₂光催化剂存在如回收困难等缺点。若将活性炭和光触媒TiO₂相结合治理甲醛污染，则优势更加明显。一方面，TiO₂光催化降解被活性炭吸附的甲醛，使活性炭得以再生；另一方面，活性炭的强吸附作用为TiO₂的光催化提供了高浓度的反应环境，加快了反应速率。而且，由于降解产物直接为二氧化碳和水，避免了对吸附的甲醛进行再次处理的过程。但目前没有很好的制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法。

发明内容

本发明的目的是在治理甲醛污染中，为了解决单用活性炭难以恢复吸附能力和单用TiO₂光催化剂回收困难等的问题，提供一种溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂复合催化剂的方法及其该复合光催化剂在治理甲醛污染方面的应用。采用本发明的制备方法制备的活性炭-二氧化钛复合光催化剂具有协同作用：TiO₂光催化降解被活性炭吸附的甲醛，使活性炭得以再生；活性炭的强吸附作用为TiO₂的光催化提供了高浓度的反应环境，加快了反应速率；而且，由于降解产物直接为二氧化碳和水，避免了对吸附的甲醛进行再次处理的过程。并将其用于水中甲醛的降解，结果表明用上述方法制得的活性炭-二氧化钛复合光催化剂可协同作用于有害气体，能有效降解水中微量的甲醛，效果优于单用其一。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

溶胶凝胶法制备活性炭-二氧化钛复合光催化剂的方法，包括如下步骤：

1、制备纳米二氧化钛

将一定量的钛酸丁酯在不断搅拌下与无水乙醇混合并持续搅拌15分钟后，在强力搅拌下滴加水、乙酸和无水乙醇配成的催化剂，其中水∶乙酸∶无水乙醇的体积比为4∶5∶10，继续搅拌后得到TiO₂溶胶；

2、制备复合光催化剂

在溶胶形成过程中按钛酸丁酯与炭质量比0.1∶1的量加入活性炭，充分搅拌后，在超声波中振荡，然后放入砂型漏斗抽真空滤出多余的溶胶，烘干后，热处理即得复合光催化剂。

本发明制备的活性炭-二氧化钛复合光催化剂可以用来降解甲醛。