[发明专利]有机气体的光催化相转移处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及气态污染物处理新技术，尤其涉及一种有机气体的光催化相转移处理方法。

技术背景

空气净化技术主要应用于居室室内、汽车车内、办公室、会议室室内的空气净化。随着城市化进程加快、消费者环保意识逐渐提高和生活水平不断改善，室内环境净化治理产品的需求量将会稳步提高。据中国室内环境监测委员会统计，未来几年将是我国室内空气净化治理行业的快速成长期，产业规模预计在4年内将扩大3倍达到270多亿元人民币。本发明开发快速高效的处理室内有机气体污染物的技术与装置，可以在上述应用场合进入国际市场，也可以加快国内市场开拓进展；由于其快速高效和对有机物的无选择性，使化工厂、烟厂、油漆涂料厂等办公室甚至车间、舰艇、潜艇、娱乐场所、车站等都可以成为潜在的应用市场。该技术有望像空调那样成为一种家电产品，逐步取代空气清新机等产品，成为空气净化器的市场主流。

空气净化技术已历经了三代产品，第一代产品为过滤式，属于吸附、过滤方法，不能彻底消除有毒有机物和杀灭细菌。第二代产品为过滤式+负离子式，主要起空气清新的作用，对空气污染物的氧化作用较小。第三代产品为负离子与氧化法的集成式，目前主要采用臭氧氧化法，由于臭氧在室内使用的局限性，臭氧本身对人体有害，基本未得到推广，需要其它氧化技术。光催化氧化法由于光生空穴的强氧化性，其氧化电位为3.0v，比臭氧的2.07v高得多，能彻底降解有毒物质并使之完全矿化，另外还具有杀灭细菌、操作简便、原材料及能耗低等优点而受到广泛的关注。因此，将光催化氧化技术引入空气净化器将是必然的发展趋势。目前光催化空气净化器净化速率相对较慢，虽在国外有一定的市场，但国内市场开拓进展不快。

对于光催化降解有机物的研究，许多科研工作者都注重于催化剂的改性以及影响催化效率的外在因素，未见有报道从降解方法上去考虑提高催化效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、能耗低的光催化降解气态污染物处理技术，具体地说是一种有机气体的光催化相转移处理方法。

为达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案：

实际上，每一个气体有机物分子需要经过几十甚至上百个步骤才能完全矿化到二氧化碳和水，每一个步骤都要占据催化剂的活性位，其过程是非常缓慢的。如果从第一步就让有机物光催化到亲水性分子，再将亲水性分子转移到水相去降解，则光催化效率会极大地提高。因为水相光催化产生羟自由基可以局部进入水相，在水相与催化剂接触的表面层实际上是均相快速反应，这也是为什么光催化降解水中有机物较快的原因。

基于此，本发明设计了相转移法处理气体有机物的方法：利用光催化技术将气体中的疏水性有机物转化为亲水性，再将亲水性有机物转移到水相，进一步利用光催化降解水相有机物，达到快速降解有机气体的目的。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

1、制备光催化剂；

2、使有机气体与水溶液1充分接触；

3、在气相条件下进行一级光催化反应；

4、使经过一级光催化反应的气体与水溶液2充分接触；

5、在液相条件下进行二级光催化反应。

在步骤1中，制备光催化剂的目的是在载体上制备光催化剂纳米薄膜。光催化剂的制备可以采取在载体上制备光催化剂纳米薄膜或用无机胶将纳米管固定在载体上两种形式。

所述载体可以采用板状或片状或网状材料或流态化料，也可以在在载体上涂敷光催化剂，如在载体上涂敷二氧化钛纳米管涂层。

由光激发的光催化剂其特征是至少有由紫外光激发的紫外光催化剂如二氧化钛，或由可见光激发的可见光催化剂如铋酸钙组成，紫外光催化剂和可见光催化剂可以各自独立使用，也可复合使用。

上面所述光催化剂是对二氧化钛或铋酸钙进行改性处理，通过控制掺杂金属离子或稀土元素提高光催化剂电子/空穴产率并减少其复合率，从而提高光催化剂活性数倍于未改性光催化剂。

上面所述光催化剂制备于固体载体上，如钢板、镍板、玻璃、陶瓷、活性炭纤维布等上，包括固定技术如溶胶-凝胶法、液相沉积法、气相沉积法、磁控溅射法等的选择，热处理温度的优化，达到催化剂与载体结合牢靠，性质稳定，长期使用不脱落的效果。

在步骤2中，所采用的水溶液1为水或酸性溶液，酸性溶液优选为PH3-6的酸性溶液，如稀盐酸或稀硝酸或稀乙酸溶液等。

在步骤3中，一级光催化反应的设计要求是使带有水份的有机气体分子在光源的照射下，在光催化剂表面发生光催化反应，转化为带羟基的亲水性分子。