[发明专利]一种降解空气中丙酮的复合光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降解空气中丙酮的复合光催化剂的制备方法，属于纳米材料和空气净化领域。

背景技术

丙酮（C₃H₆O）是一种常见的挥发性有机污染物，是对人体危害较大的气体污染物之一，主要产生于工业生产过程、机动车尾气和室内装饰材料中。国家标准（TJ36-79）明确规定，车间和居住区空气中丙酮的最高允许浓度分别为0.4g/m³和8×10^-4g/m³。如果空气中丙酮超标，就会严重威胁人们的身体健康，主要表现在刺激呼吸道和中枢神经系统，引起支气管炎和头痛，长期吸入还会严重刺激鼻腔和眼部，产生畏光、晕眩等症状。

对于挥发性有机污染物的控制，通常采用的方法有吸附法、焚烧法、冷凝法和膜分离法。这些传统的治理方法存在一定的缺点，如易产生二次污染、能耗高等。自20世纪90年代以来，利用光催化技术降解低浓度挥发性污染物成为大气污染控制的新方法。能够作为光催化剂的材料众多，例如二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）等，其中TiO₂以其氧化能力强、化学稳定性高、无二次污染等优点，得到了广泛的研究。但在实际应用中TiO₂存在难回收，成本高等缺点。如何降低催化剂的应用成本，进一步提高TiO₂的光催化活性，成为学者们研究的重点。

在挥发性有机污染物控制方面，目前尚无Cu/TiO₂/改性凹凸棒石复合光催化剂降解空气中丙酮的专利或报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降解空气中丙酮的复合光催化剂的制备方法，该方法制备出的复合光催化剂具有催化活性高、成本低廉的特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种降解空气中丙酮的复合光催化剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

①配制Cu的前驱液：称取2.046gCuCl₂·H₂O，溶于100mL去离子水中，配制成0.12M的CuCl₂溶液，得到Cu的前驱液；

②选取十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对凹凸棒石进行改性：称取凹凸棒石加入去离子水中，配成浓度为1wt%的凹凸棒石悬浊液；按十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与凹凸棒石的质量比为1:1～1:10，称取十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）加入凹凸棒石悬浊液中，70°C搅拌2h，超声分散15min，洗涤至无Brˉ（用0.1M的AgCl溶液检测），70°C干燥，研磨，得到改性凹凸棒石；

③以TiCl₄为钛源，按HCl与TiCl₄的摩尔比为1.5:1，在25°C搅拌的条件下，将4.4mLTiCl₄逐滴加入到9.8mL6M的HCl中，然后按Cu离子与Ti离子的摩尔比为1:1000～5:1000，加入Cu的前驱液，再加入50ml去离子水，持续搅拌30min，室温陈化6h，制得Cu/TiO₂溶胶；

④按TiO₂与改性凹凸棒石的配比为20mmol/g，称取2g改性凹凸棒石，加入去离子水中，配制浓度为0.4wt%的改性凹凸棒石悬浊液，室温下搅拌2h，得到改性凹凸棒石悬浊液；

⑤在70°C恒温和剧烈搅拌的条件下，将Cu/TiO₂溶胶以1mL/min的速度滴加到改性凹凸棒石悬浊液中，继续搅拌4h，室温陈化12h，离心水洗至上清液pH为2.0±0.1，得到沉淀物；

⑥将上述沉淀物在70°C下干燥，研磨，400°C焙烧2h，得到降解空气中丙酮的复合光催化剂（或称纳米Cu/TiO₂/改性凹凸棒石复合光催化剂）。

所述超声分散的功率为60W，频率为40kHz。

所述剧烈搅拌是指搅拌转速为650～700r/min。

对于使用后的复合光催化剂恢复活性的方法是：将使用后的复合光催化剂于200°C下烘干4h，即可恢复其光催化活性。