[发明专利]一种吸附与可见光催化双功能复合材料及其制备方法和应用

说明书

一种吸附与可见光催化双功能复合材料及其制备方法和应用，步骤包括：(1)活性炭的水蒸气改性；(2)将精氨酸取代酞菁溶于溶剂中配制成溶液；(3)将一定质量步骤(1)的改性活性炭加入到步骤(2)的溶液中，室温搅拌一段时间后调节溶液pH为10；(4)过滤、洗涤，一定温度下干燥10 h即得吸附与可见光催化双功能复合材料。本发明通过活性炭与精氨酸酞菁光催化剂的协同作用，克服了活性炭吸附饱和后的二次污染，常规光催化光能利用率低、对低浓度VOCs光催化效果差的问题。本发明还涉及所述方法制备的复合材料在VOCs净化中的应用。

技术领域

本发明属于VOCs净化材料制备与应用技术领域，具体涉及一种吸附与可见光催化双功能复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是空气污染的重要组成部分，严重威胁着人们身体健康。一般来说，室内挥发性有机污染物的浓度普遍较低，约在0.001-5000μg/m³范围内。虽然浓度很低，但是这类挥发性有机污染物一般具有毒性，与病态建筑物综合征密切相关，可能会致病、致癌和致畸。

活性炭吸附是最为常用且有效的VOCs净化方法。然而，活性炭吸附仅仅是将VOCs富集转移而非彻底消除，吸附饱和后若不及时处理还会再次释放从而导致二次污染。高级氧化技术(AOP)，如热氧化技术和光氧化技术因可将挥发性有机污染物降解为彻底无毒的CO₂和H₂O而受到人们的关注。然而，热催化氧化一般需要高温(200-1200℃)，因此并不适合低浓度室内VOCs的催化降解。光催化氧化技术可以在室温下应用，由光触发，具有清洁、节能、环保、经济等特点，但现有光催化氧化技术所用催化剂主要是半导体类氧化物，如TiO₂，ZnO等，存在催化剂只受紫外光激发，可见光的利用率低，对低浓度VOCs催化效果差的问题。

有机光催化剂具有制备简单，无需修饰在可见光范围内便有强吸收，光能利用率高的优点。酞菁(Pc)是一种由4个异吲哚环交替组成，具有18个π电子的超共轭大平面有机光催化剂，具有在可见光范围内强吸收、光热稳定性好、制备简单易于修饰、活性氧产率高等优点。

发明内容

解决的技术问题：克服活性炭吸附饱和易二次污染，常规光催化光能利用率低、对低浓度VOCs光催化效果差的问题，提供一种吸附与可见光催化双功能复合材料及其制备方法和应用。该材料具有“吸附富集-可见光催化净化-原位再生”功能，该材料用于VOCs净化时可实现吸附与可见光催化的协同，无二次污染，可见光利用率高，对低浓度VOCs净化效果好。

技术方案：一种吸附与可见光催化双功能复合材料的制备方法，步骤包括：(1)活性炭的水蒸气改性：水蒸气与炭的质量比为(1～4):1；改性时间为15～60min；改性温度为750～950℃，得到改性活性炭；(2)将精氨酸取代酞菁溶于溶剂中配制成0.1～0.5mmol/L的溶液；(3)将步骤(1)制得的改性活性炭加入到步骤(2)制得的溶液中，所述改性活性炭与精氨酸酞菁的质量比为1:(0.01～0.1)，室温搅拌5～24h后调节溶液pH为10；(4)过滤、洗涤，25～120℃干燥即得吸附与可见光催化双功能复合材料。

优选的，步骤(1)所述活性炭水蒸气改性的条件为：水蒸气与炭的质量比为3:1；改性时间为30min；改性温度为800℃。

优选的，步骤(2)所述溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜和甲醇中的至少一种。

优选的，步骤(3)所述改性活性炭与精氨酸酞菁的质量比为1:0.05；搅拌时间为12h。

优选的，步骤(4)所述洗涤的溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、甲醇中的至少一种；干燥温度为100～120℃。

上述制备方法制得的复合材料。

上述复合材料在制备低浓度VOCs净化产品中的应用。