[发明专利]光催化蜂窝状碳基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种光催化蜂窝状碳基复合材料及其制备方法。将活性炭粘结剂溶于水中，搅拌成均匀的质量分数为5％～20％的悬浊液；将粉末状活性炭，多壁碳纳米管，多层石墨烯和石墨相氮化碳按照质量百分比混合均匀，得到混合原料；将混合原料、悬浊液进行捏合，制成成分均匀的塑性泥料；置于真空炼泥机中练泥，将泥料放置到3D打印机的料仓中，打印；将打印好的蜂窝状碳基复合材料置于真空干燥箱内干燥；制得的蜂窝状碳基复合材料置于TiO₂纳米粒子的悬浊液浸泡、然后干燥制得光催化蜂窝状碳基复合材料。本发明的光催化蜂窝状碳基复合材料根据需要打印成任意形状与大小，满足不同场合的需要。安全性高，稳定性好，成本低，能耗低。

技术领域

本发明属于材料和空气净化领域，具体内容为一种光催化蜂窝状碳基复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来,各种装饰材料在室内装修中大量使用。因此装饰材料产生的挥发性有机化合物也随之而来，如甲醛、甲苯等，长期接触低剂量甲醛、甲苯可引起慢性呼吸道疾病、鼻咽癌、结肠癌、脑瘤和细胞核的基因突变等恶性疾病。目前蜂窝活性炭由于具有比表面积大、吸附性能强的优点，在市场上很受重视。尽管它有诸多优势，但易饱和，长时间使用时，吸附的甲醛、甲苯浓度过高后还会向空气中释放甲醛，对人们造成二次危害，即使通过再生也难以回复到原有水平。

自光催化被发现的四十多年来，在环保领域，特别是工业废水处理领域得到广泛的应用。研究表明，除与水相光催化氧化具有相同的优点，如反应条件温和，可使痕量有毒有害污染物彻底降解或完全矿化，以及环境友好性外，气相光催化较水相光催化还具有反应速率快，光利用率高，可使用能量较低的光源等优点。因此，光催化处理气相污染物研究具有非常重要的理论意义和实用价值。

为了提高空气净化的效率，将光催化与吸附结合起来具有广阔的应用前景。近年来已有将光催化技术与吸附技术结合在一起的报道。利用碳材料巨大的比表面积将甲醛、甲苯等吸附，随后利用光催化将其矿化降解，彻底清除甲醛、甲苯。

CN104128171A公开的一种二氧化钛和木炭的复合材料及其制备方法，通过木质材料的处理、二氧化钛前驱体的配制、浸渍、反应、不完全焙烧，得到具有高吸附性能和高催化活性的二氧化钛/木炭复合光催化剂；该方法制备过程简单、成本低、制得的材料分散性好、且具有较高的吸附/催化协同效应。

CN107930666A公开的一种室温氧化甲醛的纳米铈锰氧化物/活性炭复合材料及其制备方法，将活性炭进行酸处理，然后使用含氮化合物对其进行氮掺杂处理，经溶胶凝胶热处理后在活性炭表面引入氮元素，在得到介孔活性炭的同时，极大的增加了活性炭的表面极性，然后采用原位共沉淀法在活性炭表面均匀稳固地负载纳米铈锰氧化物。CeO₂的加入有利于MnO_x表面上晶格氧的活化，而经氮掺杂处理后可使催化剂暴露更多的活性位点，极大提高了甲醛氧化速率，方法简单，对甲醛转换效率高、实用性强，易于推广。

CN104549370B公开的光催化蜂窝活性炭网制备方法，以蜂窝状活性炭网作为载体，在蜂窝状活性炭网上负载了掺杂Co、Pr和S的TiO₂；光催化蜂窝状活性炭网由于比表面积大、通气性好，从而提高了活性炭吸附有机物污染物的功能，并具有很好的强度，装配和安装使用都很方便；由于活性炭吸附作用，为负载的光催化剂提供了较高浓度的有机物污染物，从而提高了光催化效率；又由于在纳米TiO₂掺杂了Co、Pr和S等元素，使它能利用可见光产生催化作用，降低了光催化成本，在可见光区域的吸收效率很高。