[发明专利]纳米二氧化钛光催化室内净化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化钛光催化室内净化剂的制备方法，具体涉及一种可见光响应的纳米二氧化钛光催化室内空气净化剂的制备方法。

背景技术

目前，世界各国均不同程度的面临着环境日益恶化的困扰，而室内有机物和细菌的污染是种类繁多的室内污染物中污染严重的两大类。传统的处理方法有物理吸附法和化学氧化法等，这些方法对室内空气净化的保护和治理具有重大作用，但这些技术不同程度地存在着效率低、不能将污染物彻底无害化、易产生二次污染或能耗高、不适合大规模推广等方面的缺陷，因而，开发更高效、更经济、有深度氧化能力、适用范围广的绿色室内污染物治理技术尤为显得迫切需要。纳米二氧化钛是一种小晶度、大比表面积的光催化氧化剂，可将有机污染物和细菌彻底氧化成二氧化碳和水，并自身无毒，这在绿色室内污染治理领域开辟了一个重要的新途径。

光催化意味着光化学与催化剂二者的有机结合，光和催化剂是引发和促进光催化氧化反应的必要条件，半导体材料之所以能作为光催化剂，是因其自身的光电特性所决定的，作为光催化氧化法中起关键作用的半导体，其能带结构是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，其间的区域禁带是一个不连续区域，当半导体受到大于其带隙能的光激发时，价带上的电子(即光生电子)就会跃迁至导带，而在价带留下相应的空穴。

众所周知，二氧化钛的禁带宽度大(3.2eV)，为此，纳米二氧化钛只能利用太阳光中3～4％的紫外光(波长小于380nm)，发挥其光催化氧化作用，而室内太阳光更弱、照射时间更短，这严重制约了纳米二氧化钛对可见光的有效利用，所以，将其吸收延伸到太阳光及室内日光灯和节能灯等丰富的可见光区域，即制备可见光响应的二氧化钛光催化氧化剂，是室内净化应用研究开发的一个非常重要的组成部分，也是二氧化钛光催化氧化进入室内净化应用的关键。

为提高纳米二氧化钛可见光的响应活性及利用效率，目前，对纳米二氧化钛的改性研究已取得了许多进展，例如，将二氧化钛进行金属或非金属掺杂、半导体复合、贵金属沉积等改性措施，可使二氧化钛晶体表面产生缺陷，抑制二氧化钛光生电子-空穴的复合，增加二氧化钛表面活性中心的数量，提高二氧化钛光催化氧化活性，但现有的方法大多需要高温煅烧制备纳米二氧化钛粉末，能耗大且对设备的要求高，如申请号为200410059680.0的专利公开了一种可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法，但其制备步骤中需在700～900℃的空气中灼烧2～3小时，所以，低温制备可见光响应的纳米二氧化钛光催化室内净化剂是当前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非高温煅烧、生产成本低和生产效率高的可见光响应的纳米二氧化钛光催化室内空气净化剂的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

向反应罐中，加入去离子水100质量份，搅拌下，加入复合表面活性剂0.5～10质量份；10min后，用水解抑制剂调溶液的pH值为1～4；15min后，加入偶极有机溶剂10～100质量份；将混合液加热至微沸下，加入10质量份的钛酸酯，至反应成为白色的凝胶；将凝胶用300～700W的微波蒸馏，降温，用0.1mol/L的氨水洗涤，再用300～700W的微波干燥，冷却出料，得可见光响应的纳米二氧化钛光催化室内空气净化剂；

所述复合表面活性剂是由高级脂肪酸和非离子型表面活性剂按质量比1∶5～10共混组成；

所述高级脂肪酸选自下列之一：软脂酸、硬脂酸、亚油酸；

所述非离子型表面活性剂选自下列之一：脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚，其中聚氧乙烯的聚合度为5～20；

所述偶极有机溶剂选自下列之一：甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃；

所述水解抑制剂选自下列之一：盐酸、硝酸、硫酸、对甲基苯磺酸；

所述钛酸酯选自下列之一：钛酸丙酯、钛酸异丙酯、钛酸丁酯。

当前发明的可见光响应的纳米二氧化钛光催化室内净化剂，粒径在10～80nm之间，经紫外-可见分光光度计测定其吸收曲线发现，在波长400～650nm之间产生明显吸收；在室内使用21W的日光灯或节能灯，24h对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑制率大于95％，24h对甲醛的降解率大于70％，降解甲醛的活性比高温煅烧法制备的纳米二氧化钛高出3～10倍。

微波是与传统加热完全不同的加热方式，传统加热是以热传导的方式产生外高内低的温度梯度，而微波加热是电磁波作用于有极分子电介质和无极分子电介质，产生偶极子或偶极子新排列，实现分子水平的“搅拌”，可有效降低粉体微粒的粒径。