[发明专利]一种提高室内VOCs去除效率的光催化剂及制备方法

说明书

本发明提供了一种提高室内VOCs去除效率的光催化剂及制备方法。该方法先采用三聚氰胺作为前驱体来制备氮化碳光催化剂，然后通过碱水热处理在材料表面引入羟基和氨基，最后利用该类官能团诱导Fe(III)在材料表面均匀附着，可制得一种羟基/氨基和Fe(III)共接枝的氮化碳光催化剂。与传统的光催化剂相比，本发明制备的室内VOCs净化材料，因为光催化剂表面富含羟基和氨基等吸附位点，可以有效捕获空气中VOC分子，提高VOCs的吸附量和吸附速率。另外，Fe(III)作为共催化剂可以有效促进含氧活性物质的生成。由于羟基/氨基和Fe(III)的协同作用，该光催化剂对ppm级的气相异丙醇的吸附量和矿化产物‑CO₂比单纯的氮化碳分别提升了31倍和23倍。特别适合用于室内VOCs吸附及降解。

技术领域

本发明属于空气净化材料的技术领域，提供了一种提高室内VOCs去除效率的光催化剂及制备方法。

背景技术

VOCs是一类重要的室内空气污染物，主要包括烃类、醇类、醛类、酮类、脂类、胺类和羧酸等，最常见的主要有甲醛、苯、甲苯、二甲苯等。室内VOCs直接影响人体的身体健康，是评价室内空气质量的重要衡量标准之一。

目前对于室内VOCs处理的主要方法有吸附净化技术、离子化技术、光催化氧化技术、生物净化技术等。其中，光催化氧化法是一种新型高效且绿色的VOCs处理法，其原理是光催化剂在光照的条件下激发出光生载流子，其具有很强的氧化还原能力，并通过与污染物接触反应将污染物分解成无害小分子，甚至是矿化成CO₂和H₂O，进而达到完全移除的目的。目前的光催化剂半导体材料主要有无机半导体材料(如TiO₂、BiOCl)、有机半导体材料(如g-C₃N₄、PDI)。其中，g-C₃N₄是一种易得且无毒的半导体材料，因具有适宜的带隙、可见光响应快等优点而倍受环境催化领域科研人员的关注。一般地，光催化反应的进行是首先将VOC分子吸附在材料表面，而体相g-C₃N₄光催化材料因其比表面积低，表面活性位点不足等缺点，导致了对室内低浓度的VOCs吸附容量很低，不能发挥出应有的光催化性能。除此之外光辐射产生的光生电子和空穴很容易复合，也大大降低了材料的光催化活性。

因此如何高效地利用自然光进行光催化反应，开发出吸附性能优异且光生载流子分离效率高的光催化剂，可以有效提高VOCs处理效果、简化处理工艺和处理难度，对于企业来说存在极大的吸引力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种提高室内VOCs去除效率的光催化剂及制备方法，制得的催化剂吸附容量高，降解效率优异、稳定性好、可见光响应，反应条件温和、易再生和回收，能提高VOCs的处理效果、简化处理工艺和处理难度。

为了达到上述要求，本发明的首要目的在于提供一种羟基/氨基和Fe(III)共接枝氮化碳催化剂。

本发明另一目的在于提供上述羟基/氨基和Fe(III)共接枝氮化碳催化剂的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述羟基/氨基和Fe(III)共接枝氮化碳催化剂在去除VOCs中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

第一方面，本发明提供一种制备光催化剂的方法，所述光催化剂为羟基和氨基接枝的氮化碳，所述方法包括：将原始的体相氮化碳浸渍于碱性溶液中，混合后置于80～160℃下水热处理2～12h，洗涤至中性得到去羟基和氨基接枝的氮化碳，所述碱性溶液可以为LiOH、NaOH、KOH和Ba(OH)₂中的一种。