[发明专利]超亲水性纳米二氧化钛光催化复合膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于空气净化处理技术领域，具体涉及一种用于室内空气净化的超亲水性纳米二氧化钛光催化复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，空气污染问题日益受到人们的重视。通过高级氧化过程(Advanced Oxidation Processes，AOPs)将有毒污染物降解是一种空气净化的途径。其中，采用纳米TiO₂光催化材料进行空气净化已经成为治理环境最有前途的方法之一。特别是通过适当的改性后，TiO₂的光催化降解反应可用可见光源激发。纳米TiO₂光催化实际应用须解决的一个关键问题即提高光催化效率。影响光催化效率的因素很多，关系复杂。例如，光催化效率不仅决定于污染物在光催化剂表面上的输运、吸附、氧化分解、产物的脱附和传递等过程，也取决于光催化剂表面活性物种的产生。众所周知，纳米二氧化钛的光催化降解作用来源于催化剂受光激发后产生的光生载流子(自由电子与空穴)转换为氧化性很强的氧负离子或氢氧根自由基，这一过程涉及光生载流子的产生、迁移、湮灭及转化。不仅依赖于催化剂的组成、结构，还强烈依赖于表面吸附的氧气和水分子。尤其是在空气净化中，水分子的充分吸附与转换为活性羟基自由基成为光催化效率提高的关键因素之一。

水分子在超亲水膜上有极强的浸润能力。在光催化研究中，人们发现纳米二氧化钛形成的薄膜在紫外光照下有超亲水性。近年来，利用超亲水性制作自洁涂料已经成为了一个新兴的热点。

目前采用的纳米二氧化钛光催化空气净化技术没有考虑水分子在光催化膜上的浸润性对光催化效率的影响。由于水分子在光催化活性物种的产生中是必不可少的，因而水分子必须能在光催化膜表面进行有效吸附。对于空气净化应用而言，改善或提高水分子在光催化膜表面的吸附性能是提高光催化效率的有效手段。本发明由此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种超亲水性纳米二氧化钛光催化复合膜，解决了常规的纳米TiO₂光催化薄膜光催化效率低等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种超亲水性纳米二氧化钛光催化复合膜，其特征在于所述复合膜包括纳米尺寸的二氧化钛溶胶与亚微米的颗粒物，所述颗粒物选自一种或一种以上的以下化合物：二氧化硅、氧化铋、活性碳、氧化锌、氧化铁。

优选的，所述二氧化钛的粒径在10～100nm范围内；所述颗粒物的粒径在100～1000nm范围内。

优选的，所述颗粒物为SiO₂，所述Si/Ti摩尔比在5％-35％范围内。

优选的，所述颗粒物为粒径在100～800nm范围内的Bi₂O₃，且Bi/Ti摩尔比在0.5％-10％之间。

优选的，所述复合膜为1～10层，所述复合膜的接触角为0°。

本发明的另一目的在于提供一种超亲水性纳米二氧化钛光催化复合膜的制备方法，其特征在于所述方法包括将亚微米的颗粒物的二氧化钛溶胶在载体上通过丝网印刷成膜的步骤。

优选的，所述载体选自不锈钢、铝材、陶瓷、玻璃、碳纸、碳布和牛皮纸。

优选的，所述丝网印刷步骤是在250～400目丝网板上印刷而成。

优选的，所述方法中二氧化钛溶胶的制备方法包括：

(1)将定量的TiOSO₄或TiCl₄或Ti(OBu)₄边搅拌边滴加到异丙醇PrOH中，使之充分混合均匀；

(2)在高速机械搅拌下，加入适量的水中，控制pH值范围1.5～3.5；

(3)将溶液在恒温75℃水浴的条件下，搅拌回流12～24h得到。

本发明的另一目的在于提供一种超亲水性纳米二氧化钛光催化复合膜在室内空气净化方面的应用。

本发明技术方案中通过添加亚微米颗粒物和丝网印刷技术在载体上制备具有超亲水性的纳米二氧化钛光催化膜，并用于室内挥发性有机物(VOCs)如甲醛的降解。由于本发明光催化膜超亲水性，使整个光催化膜表面充分覆盖一层水分子，大大增加光活性物种的产生几率和浓度，同时提高光催化活性位点的分布区域和浓度。进而，水分子膜的存在还大大提高了空气中易挥发性有机物及有害微生物在膜表面的停留能力，进一步增强光催化降解的效率，杀灭有害微生物，保证有毒有机物被充分地矿化降解。

本发明得到所述的光催化膜在可见光激发下具有超亲水特性，同时具有紫外或可见光激发的空气净化能力。其可见光催化活性是通过窄带半导体复合、元素掺杂而实现的。