[发明专利]一种复合光催化剂的制备及其在VOCs净化中的应用

说明书

本发明提供一种复合光催化剂的制备方法及其在VOCs净化中的应用，属于环境污染控制技术领域，以商业化纳米二氧化钛为催化主体、以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂、甲醇为溶剂、硝酸锌/钴为金属盐、2‑甲基咪唑为有机配体、聚苯乙烯纳米微球为刻蚀模板，通过一锅法制得多孔金属有机骨架ZIF‑8作为载体，PVP修饰的纳米二氧化钛高度均匀分散在金属有机骨架上的复合光催化剂，增强光催化剂在光催化降解过程中对VOCs的吸附性能，显著增强对典型VOCs的光催化氧化性能，解决传统二氧化钛光催化剂吸附性能不佳、降解效率不高的问题。

技术领域

本发明涉及环境污染控制技术领域，特别涉及催化氧化净化技术领域，具体涉及一种复合光催化剂的制备及其在VOCs净化中的应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)作为重要的气态污染物，不仅包括许多有毒有害物质，还是形成有机气溶胶、PM2.5与臭氧的重要前体物，极大地影响环境质量和人体健康。光催化氧化在光照条件下能将有毒有害的物质降解为无害的CO₂和H₂O，具有反应条件温和、成本低、矿化率高、适用范围广、二次污染少等特点，对于节能减排、减少有毒害颗粒物的产生、切实改善生活环境具有重要的研究意义。

商用二氧化钛(P25)是最具有代表性的光催化材料，已广泛应用于室内空气净化、工业有机废气治理等领域中。但P25具有带隙宽、光生电子-空穴复合率高的特点，这降低了其对太阳光的利用率；另外，P25比表面积较低，使其不能有效地吸附实际大气中低浓度的VOCs污染物，显著影响其光催化氧化的效率，这在很大程度上限制了P25在实际中的进一步应用，因此，发展具有高比表面和高吸附容量P25复合材料是解决这些问题的关键。

金属有机骨架(MOF)材料是一种具有半导体性质的高比表面积多孔材料，被广泛应用于气体吸附与分离中，特别是由Zn(II)、Co(II)离子和咪唑配体构成的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)，对VOCs气体具有出色的吸附性能。其氧化锌纳米团簇不仅可以做为VOCs吸附位点，也可以做为VOCs的催化氧化活性位点。将MOFs材料与P25进行有机复合，不仅可以有效地增大P25光催化剂的比表面积，而且MOF材料的半导体性质能够改善P25光生电子-空穴的分离效率，促进典型VOCs在P25复合型光催化剂上的原位吸附富集、传质与高效降解性能。因此，将MOFs材料与P25进行有机复合用于净化处理典型有毒害VOCs具有独特的创新性，在空气净化领域具有重要的应用前景，MOFs具有的小孔径虽提供了较大的比表面积，但增大了传质阻力，降低了物质的扩散速度，从而影响催化效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种复合光催化剂的制备及其在VOCs净化中的应用。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别称取聚乙烯吡咯烷酮、偶氮二氰基戊酸和苯乙烯，混合后加入乙醇水溶液，充分搅拌均匀后加热，在30min内升温至沸腾，在搅拌条件下回流反应12-36h，冷却后离心分离沉淀，沉淀以甲醇和/或去离子水洗涤后再分散在甲醇中，得到悬液A，沉淀分散比为(3-4)mg/ml；

S2、称取聚乙烯吡咯烷酮并完全溶解在甲醇中，溶解浓度为1-5wt.％，加入纳米级光催化剂，搅拌反应1-60min，离心分离沉淀，沉淀以甲醇和/或去离子水洗涤后干燥，再分散在所述悬液A中，得到悬液B，沉淀分散比为(1-10)mg/ml；

其中，所述纳米级光催化剂包括纳米二氧化钛，所述聚乙烯吡咯烷酮与所述纳米级光催化剂的质量比例为(1-100)：1；