CN112246267A - 氮掺杂的光触媒复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂的光触媒复合材料及制备方法，包含以下重量份的组分：5‑20份的氮掺杂的纳米二氧化钛、2‑8份的纳米氧化锌、1‑3份的石墨烯、0.5‑3份的植物提取液纳米银、0.5‑2份的分散剂、0.3‑1.5份的成膜剂、250‑450份的去离子水，该光触媒复合材料在可见光下也具备催化作用，可长效去除室内甲醛。
Description
技术领域
本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂的光触媒复合材料及制备方法。
背景技术
甲醛是建筑物中的主要污染物，被认为是造成病态建筑综合征的原因之一，已成为城市卫生建设发展中的一个难题，因此需要在一定温度和湿度等环境条件下对其进行有效消除。
传统的去除室内甲醛的技术是使用过滤介质进行吸附。Indoor air，2019年第29期第469-476页，公开了莫金汉课题组用活性炭、聚酰亚胺和铜箔经热压缩合成了一种新型的可调节表面温度的层压板，可用于去除气态甲醛，在甲醛浓度较低时，平衡吸附容量会显著降低。
光催化是一种去除有机污染物的有效方法，具有反应条件温和和催化活性优异的优点。以二氧化钛为代表的光催化剂，因其能满足甲醛去除的要求而得到了广泛的研究，它可以在低浓度范围内维持其去除效率。然而，二氧化钛光催化剂受宽禁带限制，二氧化钛禁带宽度(3.2eV)较宽，只有紫外光才能激发其活性，需要紫外光活化，而紫外光占太阳光能的4％左右，在太阳光谱中占绝大多数的可见光部分未得到有效利用，从而阻碍了其在光催化剂的实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种氮掺杂的光触媒复合材料，该光触媒复合材料在可见光下也具备催化作用，可长效去除室内甲醛。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种氮掺杂的光触媒复合材料，包含以下重量份的组分：5-20份的氮掺杂的纳米二氧化钛、2-8份的纳米氧化锌、1-3份的石墨烯、0.5-3份的植物提取液纳米银、0.5-2份的分散剂、0.3-1.5份的成膜剂、250-450份的去离子水。
优选的，所述的纳米氧化锌的粒径为5-15nm。
优选的，所述的纳米银的粒径为1-5nm。
优选的，所述的分散剂是多元醇、聚丙烯酸钠和聚羧酸盐类中的一种或几种。
优选的，所述成膜剂是羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇中的一种或几种。
氮掺杂的光触媒复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备氮掺杂的纳米二氧化钛；
2)按比例准确称量氮掺杂的纳米二氧化钛、纳米氧化锌、石墨烯、植物提取液、纳米银、分散剂、成膜剂、去离子水，以1000-1500rpm/min的转速搅拌2-3小时使其混合均匀；
3)将步骤2)得到的混合液超声分散处理3-4小时，即可得到本发明的光触媒复合材料。
优选的，所述的氮掺杂的纳米二氧化钛采用共沉淀法制备，具体制备步骤为：
a)在磁力搅拌下将50-250毫升异丙醇加入到10-40毫升钛酸异丙酯中，磁力搅拌20-60分钟使其混合均匀，得到混合液S1；
b)再将5-30毫升硝酸加入到混合液S1中，继续搅拌，直至溶解完全，得到混合液S2；
c)在磁力搅拌下将10-50毫升去离子水逐滴滴加到混合液S2中，开始生成沉淀，继续搅拌，直至沉淀完全；
d)将得到的沉淀分别用去离子水和无水乙醇各洗涤2-5次，置于70-90摄氏度烘箱中干燥后，研磨成粉末、压片，然后在750-950摄氏度的马弗炉中煅烧3-6小时即可得到氮掺杂的纳米二氧化钛
本发明的有益效果是：采用上述方案，本光触媒复合材料采用了氮掺杂的纳米二氧化钛制备得到，可以在不降低光催化活性的前提下，将二氧化钛对光的吸收范围从紫外光区域提高到可见光区域，本复合材料对光的利用率较高，其禁带变窄，吸收波长向可见光范围移动，本光触媒复合材料在可见光区域对甲醛的分解效果显著提高，在可见光下也具备催化作用，可长效祛除室内甲醛，在太阳光下可将甲醛气体催化分解为水和二氧化碳，同时具有灭菌作用，以硝酸为氮源，采用共沉淀法制备氮掺杂的纳米二氧化钛，制备的工艺简单，便于控制，制备的成本低，便于生产。
具体实施方式
实施例1：一种氮掺杂的光触媒复合材料，包含以下重量份的组分：12份的氮掺杂的纳米二氧化钛、4份的纳米氧化锌石墨烯、1.5份的植物提取液、1.5份的纳米银、1份的分散剂、0.5份的成膜剂、400份的去离子水。
本发明提供一种氮掺杂的光触媒复合材料，包括以下制备步骤：
(1)通过共沉淀法制备氮掺杂的纳米二氧化钛；
(2)准确称量步骤(1)得到的氮掺杂的纳米二氧化钛12份、纳米氧化锌4份、石墨烯2份、植物提取液1.5份、纳米银1.5份、分散剂聚丙烯酸钠1份、成膜剂羧甲基纤维素钠0.5份、去离子水400份，以1000rpm/min的转速搅拌3小时使其混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合液超声分散处理4小时，即可得到本发明的光触媒复合材料。
步骤(1)中氮掺杂的纳米二氧化钛，通过以下步骤制备：磁力搅拌下将150毫升异丙醇加入到20毫升钛酸异丙酯中，磁力搅拌40分钟使其混合均匀，得到混合液S1，再将20毫升硝酸加入到混合液S1中，继续搅拌，直至溶解完全，得到混合液S2，在磁力搅拌下将15毫升去离子水逐滴滴加到混合液S2中，开始生成沉淀，继续搅拌，直至沉淀完全，将得到的沉淀分别用去离子水和无水乙醇各洗涤4次，置于80摄氏度烘箱中干燥后，研磨成粉末、压片，然后在900摄氏度的马弗炉中煅烧3小时即可得到氮掺杂的纳米二氧化钛。
实施例2：一种氮掺杂的光触媒复合材料，包含以下重量份的组分：10份的氮掺杂的纳米二氧化钛、5份的纳米氧化锌、1.5份的石墨烯、2份的植物提取液、1.5份的纳米银、1.5份的分散剂、1份成膜剂、400份去离子水。
本发明提供一种氮掺杂的光触媒复合材料，包括以下制备步骤：
(1)通过共沉淀法制备氮掺杂的纳米二氧化钛；(2)准确称量步骤(1)得到的氮掺杂的纳米二氧化钛10份、纳米氧化锌5份、石墨烯1.5份、植物提取液2份、纳米银1.5份、分散剂聚羧酸盐类1.5份、成膜剂聚乙烯醇1份、去离子水400份，以1200rpm/min的转速搅拌3小时使其混合均匀；(3)将步骤(2)得到的混合液超声分散处理3小时，即可得到本发明的光触媒复合材料。
步骤(1)中氮掺杂的纳米二氧化钛，通过以下步骤制备：磁力搅拌下将200毫升异丙醇加入到25毫升钛酸异丙酯中，磁力搅拌50分钟使其混合均匀，得到混合液S1，再将25毫升硝酸加入到混合液S1中，继续搅拌，直至溶解完全，得到混合液S2，在磁力搅拌下将20毫升去离子水逐滴滴加到混合液S2中，开始生成沉淀，继续搅拌，直至沉淀完全，将得到的沉淀分别用去离子水和无水乙醇各洗涤5次，置于90摄氏度烘箱中干燥后，研磨成粉末、压片，然后在750摄氏度的马弗炉中煅烧6小时即可得到氮掺杂的纳米二氧化钛。
实施例3：一种氮掺杂的光触媒复合材料，包含以下重量份的组分，氮掺杂的纳米二氧化钛：12份，纳米氧化锌：3份，石墨烯：1.5份，植物提取液：2.5份，纳米银：2.5份，分散剂：0.5份，成膜剂：0.5份，去离子水：400份。
本发明提供一种氮掺杂的光触媒复合材料，包括以下制备步骤：
(1)通过共沉淀法制备氮掺杂的纳米二氧化钛；(2)准确称量步骤(1)得到的氮掺杂的纳米二氧化钛12份、纳米氧化锌3份、石墨烯1.5份、植物提取液2.5份、纳米银2.5份、分散剂多元醇0.5份、成膜剂聚乙烯醇0.5份、去离子水400份，以1500rpm/min的转速搅拌2小时使其混合均匀；(3)将步骤(2)得到的混合液超声分散处理4小时，即可得到本发明的光触媒复合材料。
步骤(1)中氮掺杂的纳米二氧化钛，通过以下步骤制备：磁力搅拌下将50毫升异丙醇加入到10毫升钛酸异丙酯中，磁力搅拌20分钟使其混合均匀，得到混合液S1，再将10毫升硝酸加入到混合液S1中，继续搅拌，直至溶解完全，得到混合液S2，在磁力搅拌下将5毫升去离子水逐滴滴加到混合液S2中，开始生成沉淀，继续搅拌，直至沉淀完全，将得到的沉淀分别用去离子水和无水乙醇各洗涤2次，置于70摄氏度烘箱中干燥后，研磨成粉末、压片，然后在850摄氏度的马弗炉中煅烧5小时即可得到氮掺杂的纳米二氧化钛。
按照GB/T16129方法检测上述实施例1-3制备的氮掺杂的光触媒复合材料对甲醛的去除率，测试结果如表1所示。
表1上述实施例1-3制备的光触媒复合材料对甲醛的去除率
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 甲醛去除率 | 95.3％ | 95.0％ | 95.6％ |
上述测试结果表明，本发明的氮掺杂的光触媒复合材料对甲醛的去除率达到95％以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种氮掺杂的光触媒复合材料，其特征在于，包含以下重量份的组分：5-20份的氮掺杂的纳米二氧化钛、2-8份的纳米氧化锌、1-3份的石墨烯、0.5-3份的植物提取液纳米银、0.5-2份的分散剂、0.3-1.5份的成膜剂、250-450份的去离子水。
2.根据权利要求1所述氮掺杂的光触媒复合材料，其特征在于，所述的纳米氧化锌的粒径为5-15nm。
3.根据权利要求1所述氮掺杂的光触媒复合材料，其特征在于，所述的纳米银的粒径为1-5nm。
4.根据权利要求1所述氮掺杂的光触媒复合材料，其特征在于，所述的分散剂是多元醇、聚丙烯酸钠和聚羧酸盐类中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述氮掺杂的光触媒复合材料，其特征在于，所述成膜剂是羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇中的一种或几种。
6.氮掺杂的光触媒复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备氮掺杂的纳米二氧化钛；
2)按比例准确称量氮掺杂的纳米二氧化钛、纳米氧化锌、石墨烯、植物提取液、纳米银、分散剂、成膜剂、去离子水，以1000-1500rpm/min的转速搅拌2-3小时使其混合均匀；
3)将步骤2)得到的混合液超声分散处理3-4小时，即可得到本发明的光触媒复合材料。
7.根据权利要求6所述氮掺杂的光触媒复合材料的制备方法，其特征在于，所述的氮掺杂的纳米二氧化钛采用共沉淀法制备，具体制备步骤为：
a)在磁力搅拌下将50-250毫升异丙醇加入到10-40毫升钛酸异丙酯中，磁力搅拌20-60分钟使其混合均匀，得到混合液S1；
b)再将5-30毫升硝酸加入到混合液S1中，继续搅拌，直至溶解完全，得到混合液S2；
c)在磁力搅拌下将10-50毫升去离子水逐滴滴加到混合液S2中，开始生成沉淀，继续搅拌，直至沉淀完全；
d)将得到的沉淀分别用去离子水和无水乙醇各洗涤2-5次，置于70-90摄氏度烘箱中干燥后，研磨成粉末、压片，然后在750-950摄氏度的马弗炉中煅烧3-6小时即可得到氮掺杂的纳米二氧化钛。
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