[发明专利]一种室温催化分解甲醛的光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在室温条件下光催化分解甲醛的催化剂及其制备方法，属于室内空气净化治理领域。

背景技术

随着社会文明和经济的发展，人们对自己的居住和工作环境要求越来越高，但与此同时，工业经济的发展，使得人们的周围环境也变得越来越差。这种矛盾就产生了需求，其中，人们对良好的室内环境的需求就导致了室内空气净化技术及其产品的出现。

室内空气污染物包括三个方面：第一类污染物是气态污染物，气态污染物包括有机气态污染物和氨等异味气体，其中典型的污染物是甲醛(HCHO)，甲醛具有刺激性气味且能够致病和致癌，新装修的住房和办公场所等室内环境中都会有较高浓度的甲醛，甲醛是目前室内空气净化中关注范围最广的污染物；其它两类污染物是以粉尘为代表的固态污染物和细菌等微生物。

国内外大量报导了光触媒用于室温光催化分解甲醛的研究，其中，二氧化钛是研究得比较多的光催化剂，但是，研究人员发现单纯的二氧化钛作为光催化剂时，对甲醛的光催化分解活性有限，而且使用一段时间后，其稳定性也会下降，因此，以二氧化钛为基础进行改性的光催化剂的研究近年来较多。

有研究者发现过渡金属铌的氧化物对有机物分子的分解转化具有很好的催化活性，尤其是甲醛等有机小分子，因此，五氧化二铌被研究用于有机催化反应，很多有机催化重整反应中会使用五氧化二铌作为助催化剂，五氧化二铌的掺杂会明显提升有机催化剂的活性。

稀土元素用于提高光催化活性虽然也有报道，但是选取合适的稀土元素以及合理的工艺条件(特别是煅烧条件)，对获得高活性晶型结构的光催化材料及其重要。

除了使用光催化剂催化分解甲醛等有机污染物之外，活性炭等吸附剂也被用来吸附甲醛，与光催化剂不同，活性炭等材料只是对有机分子具有很强的吸附能力，将有机分子吸附在孔道内部，而并没有分解或消除。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有的技术状况，将稀土氧化物、二氧化钛与五氧化二铌复合在一起，通过制备工艺的调整以及三类物质的相互作用，能够形成均匀的掺杂体系，提高二氧化钛的光催化活性，同时将活性组分负载在活性炭上，形成既具有吸附能力又具有催化活性，使得甲醛去除能力提高的光催化剂。

一种室温催化分解甲醛的光催化剂，其包括载体和活性组分，活性组分负载于载体上，所述的活性组分包括稀土氧化物、五氧化二铌和二氧化钛。稀土氧化物、五氧化二铌和二氧化钛三者能够相互作用，相比与单独使用其中一种物质或者两两掺杂，1)三者的掺杂能高了体系的捕获光生电子的能力；2)能够有效抑制两两掺杂体制的复合湮灭；3)稀土氧化物能够进入二氧化钛的晶格中，五氧化二铌可以稳定二氧化钛复合稀土氧化物的晶格，这样晶格可以稳定在一定的膨胀状态，抑制了二氧化钛晶相的转变和粒径的增大，从而延长了光催化剂的催化寿命；4)三者的掺杂使得二氧化钛晶格畸变，表面材料吸附的羟基增多，易于产生羟基自由基；且晶格氧易于脱离，形成氧空位；5)三者体系对甲醛具有极强的吸附能力，尤其稀土氧化物具有甲醛物质的吸放能力。因此，三者体系相较于单独使用其中一种物质或者两两体系有更高的光催化效率和更长的寿命。

进一步地，本专利的载体为活性炭。活性炭可以有效吸附甲醛，通过与土氧化物、五氧化二铌和二氧化钛混合后形成的高密度的空穴中在紫外光源的条件下分解甲醛，从而进一步提高了甲醛的分解能力。

进一步地，本专利的稀土氧化物为镧、镨、铒的氧化物中的一种。相比与其他稀土氧化物，镧、镨、铒的氧化物具有丰富的能级和电子跃迁特性，易产生多电子组态，并且晶型多、吸附选择性强、电子型导电性和热稳定性能好，能够有效提高五氧化二铌和二氧化钛的光催化活性和寿命。

进一步地，本专利的活性组分中稀土元素、钛元素和铌元素的摩尔比为1:(1～6):1，优选的，本专利的稀土氧化物、五氧化二铌和二氧化钛的重量之和占催化剂总重量的5％至25％。采用以上配比区间，能够使得三者体系之间的协调效应达到最佳，其光催化活性和寿命比较好。

一种室温催化分解甲醛的光催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

1)将稀土氧化物的前驱体、五氧化二铌的前驱体和二氧化钛的前驱体混合并溶解于水中，得到混合溶液；

2)采用20％至30％的氨水溶液调节混合溶液的pH值至9至11，混合溶液中形成沉淀物，过滤得泥状沉淀物；

3)将载体粉末和水混合并持续搅拌至泥膏状，加入步骤2)所得到的泥状沉淀物，持续混合搅拌，得到泥膏状物料；