CN109012756A - 一种具有高稳定性的光催化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高稳定性的光催化材料，由多层材料组成，包括载体、粘结层、透明颗粒层和催化剂层。使用透明颗粒粘结于载体上，形成透光且稳定的粗糙表面，并将光催化层和粘结层隔离。该透明颗粒层大大增加了载体的表面积，并增加了与光催化剂层的结合力，使光照更加均匀，在保持光催化层高活性的同时大大增强了膜的稳定性。本方法具有产品结构简单、成本低、稳定性高、催化效率高的优点，通用于挥发性化学气体的光催化净化。

Description

一种具有高稳定性的光催化材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有高稳定性的光催化材料，还涉及上述具有高稳定性的光催化材料的制备方法，属于环保材料制备的技术领域。

背景技术

光催化技术在环境(净化空气、消除化学污染物)和能源(光催化分解水制氢)等领域展现了广阔的应用价值和诱人的应用前景。各种光催化材料和光催化产品已开始在家庭、工业等场所得到很好的应用。在废气净化上，光催化技术能耗低、分解产物为水和二氧化碳，没有二次污染，尤其具有较大的竞争优势。但在实际应用中，光催化剂的负载、光催化活性的提高以及可见光范围内响应的光催化剂开发等，是阻碍光催化材料和光催化产品大规模应用的瓶颈。

目前在废气净化的光催化技术中，光催化剂通常需要负载在某种载体上的方法，载体提供了光催化剂的机械支撑，克服了悬浮光催化法的催化剂难回收、损失大的缺点，但对光催化剂在表面的露出面积、载体与催化剂之间合力有较高的要求，对材料在紫外线环境下的安全性、耐久性也有严格要求。通常多孔的纳米结构具有表面积大的优点，但其结构较为松散，结合力不牢，催化剂粉体容易脱落；因此从实用的角度，现有技术主要采用在光催化剂中增加粘结剂，以增加和载体的结合力，但粘结剂填充了纳米光催化剂间的缝隙，从而存在表面积比较小，活性不足的缺点。而在使用复杂载体，例如专利201010548541.X使用碳纤维作为载体，200510095107.X使用弥散光纤、专利201710297904.9使用聚四氟乙烯超细纤维作为载体，其他如沸石、活性炭、多孔泡沫金属等，虽然能够一定程度增加表面积，但由于材料不透光，仅有表面受到光照的部分才能产生光催化作用，存在不透光、光利用率低的缺点。在使用有机物载体和有机粘结剂的时候，光催化作用会极大的增加有机粘结剂或有机物载体材料的分解速度，不仅释放的气体会成为污染源，有机载体和粘结剂也会在光催化作用下逐渐分解。因此，鉴于以上不足，开发一种增加纳米光催化膜稳定性、又能保持纳米光催化高催化活性的方法很有必要。

发明内容

针对上述情况的不足，发明所要解决的技术问题是提供一种具有高稳定性的光催化材料，该光催化材料既具有良好的稳定性，又能保持其高的催化活性。

本发明还要解决的技术问题是提供上述具有高稳定性的光催化材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种具有高稳定性的光催化材料，包括载体，所述载体上固定有粘结层，粘结层上铺撒有透明粉末，纳米光催化剂黏贴在铺撒有透明粉末的粘结层上。

透明粉末粘结于粘结层上，使粘结层形成粗糙表面，从而隔离粘结层与纳米光催化剂。

其中，所述透明粉末为二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、氮化硼粉末、二氧化锆粉末或玻璃粉末中的一种或几种的混合。

其中，所述透明粉末的粒径为50～800目。

其中，所述粘结层为硅胶、硅溶胶、丙烯酸胶、环氧胶或UV胶中的一种或几种的混合。

其中，所述纳米光催化剂为氧化锌、二氧化钛、氮化碳、钒酸铋、氧化铁、氧化钨、钨酸铋或钼酸铋中的一种或几种。

上述具有高稳定性的光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在载体表面涂抹粘结剂，得到带有粘结层的支撑载体；

步骤2，将透明粉末铺撒在带有粘结层的载体上，充分覆盖后将支撑载体竖立或翻转，未被粘结牢固的透明粉末掉落；

步骤3，在铺撒有透明粉末的粘结层表面喷涂纳米光催化剂，喷涂后进行干燥处理即可得到光催化材料。

上述具有高稳定性的光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在载体表面涂抹粘结剂，得到带有粘结层的载体；

步骤2，将透明粉末铺撒在带有粘结层的载体上，充分覆盖后将载体竖立或翻转，未被粘结牢固的透明粉末掉落；

步骤3，将铺撒有透明粉末的载体置于硅溶胶中浸泡一段时间，从而进一步增强粘结层与纳米光催化剂的隔离效果；

步骤4，浸泡后将纳米光催化剂喷涂在铺撒有透明粉末的粘结层表面，喷涂后进行干燥处理即可得到光催化材料。

上述具有高稳定性的光催化材料在净化可挥发性化学有机气体方面的应用。

本发明增强光催化材料稳定性的原理：通常情况下使用的纳米光催化剂如果不增加粘结剂(直接纳米光催化剂置于载体上)，其孔隙率较高，但结合力很弱，容易在载体上脱落；而增加粘结剂时，粘结剂会填充纳米光催化剂粒子间的空隙，而且有机粘结剂还会在光催化作用下分解。本发明中，利用石英砂等高透明粉末，将粘结层和光催化剂隔离，纳米光催化剂喷涂于石英砂表面时，石英砂粗糙的表面不仅极大扩大了光催化剂的表面积，也大大增强了光催化剂和基底的结合力，石英砂的透明特性不仅透光，而且对光有反射和折射作用，使照在光催化剂上的光更加均匀。

有益效果：本发明制得的光催化材料，具有催化性能好，稳定性高，光催化涂层不易脱落的优点，加入石英砂的光催化材料比没有加石英砂的光催化材料的光催化性能提高50％以上，且轻度水洗后材料的光催化性能也没有明显的衰减；同时制备工艺简单。

附图说明

图1为本发明具有高稳定性光催化材料的横截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。

如图1所示，本发明具有高稳定性的光催化材料，包括载体1，载体1上固定有粘结层2，粘结层2上铺撒有透明粉末3，纳米光催化剂4黏贴在铺撒有透明粉末3的粘结层2上。透明粉末3(透明粉末的尺寸为50～800目)粘结于粘结层2上，使粘结层2形成粗糙表面，从而隔离粘结层2与纳米光催化剂4，有效杜绝了粘结剂会填充光催化剂间的缝隙，导致光催化剂表面积变小，光催化活性不足的问题。

本发明具有高稳定性的光催化材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在铝网载体表面涂抹一层UV固化胶，使用刷子刷平，得到带有一薄层固化胶的支撑载体；

步骤2，将200目石英砂洒在带有粘结剂的铝网载体上，石英砂充分覆盖在粘结剂上后将支撑铝网翻转过来，从而使未被粘结牢固的石英砂掉落；

步骤3，使用低压汞灯光源照射带有UV固化胶和石英砂的铝网载体，促使UV胶固化将石英砂粘在铝网载体上；

步骤4，将铝网载体在质量百分浓度为2％的碱性硅溶胶中浸泡一分钟后，取出吹十；

步骤5，将纳米光催化剂(纳米钒酸铋)喷涂在铺撒有石英砂的UV固化胶表面，喷涂后进行干燥处理即可得到光催化材料。

本发明制得的光催化材料具有表面积大、催化性能好、可水洗的优点。在光催化性能上，加入石英砂的光催化材料比没有加石英砂的光催化材料(即直接把光催化剂喷涂于粘结剂上)的催化性能提高50％以上。

本发明的光催化材料，由多层材料组成，包括载体1、粘结层2、透明颗粒层3和光催化剂层4，使用透明颗粒3粘结于载体1上，形成透光且稳定的粗糙表面，并将光催化层4和粘结层2隔离，该透明颗粒层3大大增加了载体1的表面积，并增加了载体1与光催化剂层4的结合力，使光照更加均匀，在保持光催化剂层4高活性的同时大大增强了光催化材料的(结合)稳定性。本发明制得的光催化材料具有产品结构简单、制备成本低、稳定性高、光催化效率高的优点，通用于挥发性化学气体的光催化净化。

Claims (8)

1.一种具有高稳定性的光催化材料，其特征在于：包括载体，所述载体上固定有粘结层，粘结层上铺撒有透明粉末，纳米光催化剂黏贴在铺撒有透明粉末的粘结层上。

2.根据权利要求1所述的具有高稳定性的光催化材料，其特征在于：所述透明粉末为二氧化硅粉末、三氧化二铝粉末、氮化硼粉末、二氧化锆粉末或玻璃粉末中的一种或几种的混合。

3.根据权利要求2所述的具有高稳定性的光催化材料，其特征在于：所述透明粉末的粒径为50～800目。

4.根据权利要求1所述的具有高稳定性的光催化材料，其特征在于：所述粘结层为硅胶、硅溶胶、丙烯酸胶、环氧胶或UV胶中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求1所述的具有高稳定性的光催化材料，其特征在于：所述纳米光催化剂为氧化锌、二氧化钛、氮化碳、钒酸铋、氧化铁、氧化钨、钨酸铋或钼酸铋中的一种或几种。

6.权利要求1所述的具有高稳定性的光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在载体表面涂抹粘结剂，得到带有粘结层的支撑载体；

步骤2，将透明粉末铺撒在带有粘结层的载体上，充分覆盖后将支撑载体竖立或翻转，未被粘结的透明粉末掉落；

步骤3，在铺撒有透明粉末的粘结层表面喷涂纳米光催化剂，喷涂后进行干燥处理即可得到光催化材料。

7.权利要求1所述的具有高稳定性的光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在载体表面涂抹粘结剂，得到带有粘结层的载体；

步骤2，将透明粉末铺撒在带有粘结层的载体上，充分覆盖后将载体竖立或翻转，未被粘结的透明粉末掉落；

步骤3，将铺撒有透明粉末的载体置于硅溶胶中浸泡一段时间；

步骤4，浸泡后将纳米光催化剂喷涂在铺撒有透明粉末的粘结层表面，喷涂后进行干燥处理即可得到光催化材料。

8.权利要求1所述的具有高稳定性的光催化材料在净化可挥发性化学有机气体方面的应用。