CN1583252A - 可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法，该方法是将已用于外墙的高效自洁涂料二氧化钛通过与含稀有金属和过渡金属氧化物体系复合，形成金属氧化物/二氧化钛异质结，使的二氧化钛改性，使其易被可见光活化，以适用于室内空气净化。本发明是在充分保证二氧化钛光催化活性的条件下对其进行改进，改性后的二氧化钛光触媒在可见光的频谱区被活化，拓宽了二氧化钛光触媒的光响应范围。通过试验验证表明，改性后的二氧化钛光触媒在室内光线下具有光活性，不需用短波光对其进行激发或用强光照射，对室内空气净化快，净化质量高，净化效果不受空气中污染物初始浓度的影响，对新装修的室内空气净化效果尤为显著。

Description

可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法
                     技术领域
本发明涉及一种室内空气净化剂可见光响应型二氧化钛光触媒的制备方法。
                     背景技术
二氧化钛光触媒作为室内空气净化剂，其方便性、安全性正逐渐突显出来。通常所用的空气清新剂只是将空气中的刺激性气味掩盖，而不是将发出的刺激性气味的有害物质彻底清除，实质上没有起到净化空气的作用。二氧化钛光触媒具有高效的深度氧化性，可将室内空气中所含有机气体污染物及细菌彻底氧化成二氧化碳和水，并且自身无毒，这二者正是二氧化钛光触媒作为室内净化剂越来越被重视的原因。
作为室内净化剂使用的二氧化钛光触媒的主要成分是二氧化钛。在日本、韩国等国家，二氧化钛的光催化作用已经进行了广泛的研究，但国内这方面的研究较少，而且大多停留在二氧化钛超微粒子的制备及二氧化钛于一些简单的氧化物的复合等方面。
具有光催化活性的物质很多，但二氧化钛的无毒特性是二氧化钛作为室内空气净化剂的首先原因。二氧化钛的半导体禁带宽度是3.2电子伏，其在紫外光区才产生有效吸收，产生对空气有机污染物有强化氧化作用的正电空穴，并同时产生光生电子。由于一般室内紫外光非常弱，室外太阳光中紫外光较强，二氧化钛的禁带宽度是3.2电子伏，这就决定了二氧化钛吸收光只能在紫外光区，因此二氧化钛被广泛应用于外墙的自洁性涂层。室内的光照中紫外光成分非常微弱，将未改性的二氧化钛应用于室内空气净化效果甚微。
为了使二氧化钛光触媒用于室内，本发明通过将二氧化钛改性，使其在可见光区产生有效吸收，以此克服室内紫外光较弱给未改性的二氧化钛光触媒应用带来的问题。
                     发明内容
本发明目的在于，提供的可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法，该方法是将用于外墙的高效自洁涂料二氧化钛通过将二氧化钛超微粒子与改性金属为稀有金属镧、铈和过渡金属氧化物锰、铁、钴、镍、铜其中任意一种复合，形成金属氧化物/二氧化钛异质结，使的二氧化钛改性，以适用于室内空气净化。本发明是在充分保证二氧化钛光催化活性的条件下对其进行改进，是改性后的二氧化钛光触媒在可见光区吸收，拓宽了二氧化钛光触媒的光响应范围。通过试验表明，改性后的二氧化钛光触媒在室内光线下具有光活性，不需用短波光对其进行激发或用强光照射，对室内空气净化快，净化质量高，净化效果不受空气中污染物初始浓度的影响，对新装修的室内空气净化效果尤为显著。同时，本发明改性所用的金属氧化物和二氧化钛都无毒，而且改性后的二氧化钛光触媒将有机气体空气污染物彻底氧化后可自动再生，从而保证了空气净化剂的安全性和作用长久性。
本发明所述的可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法，该方法通过将二氧化钛超微粒子与改性金属为稀有金属镧、铈和过渡金属氧化物锰、铁、钴、镍、铜中任意一种复合，形成金属氧化物/二氧化钛异质结，使二氧化钛改性，其中改性金属总质量占二氧化钛质量的2％-10％，改性金属中稀有金属镧和铈与过渡金属氧化物锰、铁、钴、镍、铜中任意一种的原子数比为0.7-1.2∶0.7-1.2∶0.7-1.2。
可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法，按下列步骤进行：
a、首先制备动力学稳定的二氧化钛超微粒子水溶液：
将可水解的含钛化合物四氯化钛或四烷氧基钛缓慢加入0℃-20℃的去离子水中，其中去离子水的质量是可水解含钛化合物质量的55-60倍，在超声波的作用下可水解的含钛化合物水解并分散成粒度为纳米10-9米级的超微粒子，再将该超微粒子水溶液与可见光下澄清透明，待用；
b、将稀有金属含镧、铈的溶液加入到透明的超微粒子溶液中均匀互溶，搅拌1-2小时，待用；
c、将过渡金属的氧化物含锰、铁、钴、镍、铜其中任意一种的溶液加入到步骤b所得溶液均匀互溶，搅拌1-2小时，待用；
d、将步骤c所得溶液在温度30℃-50℃下减压蒸干并研磨，于700℃-900℃的空气中灼烧2-3小时，冷却后再研磨，即得可见光响应型二氧化钛光触媒。
                  具体实施方式
实施例1
a、首先制备动力学稳定的二氧化钛超微粒子水溶液：
将3.5克可水解的含钛化合物四氯化钛缓慢加入1℃的200ml去离子水中，在超声波的作用下可水解的含钛化合物水解并分散成粒度为纳米10-9米级的超微粒子，再将该超微粒子水溶液与可见光下澄清透明，待用；
b、将稀有金属含镧、铈的溶液原子数比0.7∶0.7加入到透明的超微粒子溶液中均匀互溶，搅拌1小时，待用；
c、将过渡金属的氧化物含锰的溶液原子数比1.0加入到步骤b所得溶液均匀互溶，搅拌1小时，待用；
d、将步骤c所得溶液在温度30℃下减压蒸干、研磨，于700℃的空气中灼烧2小时，冷却后再研磨，即得可见光响应型二氧化钛光触媒，其中改性金属总质量占二氧化钛质量的9％。
实施例2
a、首先制备动力学稳定的二氧化钛超微粒子水溶液：
将4克可水解的含钛化合物四烷氧基钛缓慢加入15℃的285ml去离子水中，在超声波的作用下可水解的含钛化合物水解并分散成粒度为纳米10-9米级的超微粒子，再将该超微粒子水溶液与可见光下澄清透明，待用；
b、将稀有金属含镧、铈的溶液原子数比1.0∶1.0加入到透明的超微粒子溶液中均匀互溶，搅拌1.5小时，待用；
c、将过渡金属的氧化物含铁的溶液原子数比0.9加入到步骤b所得溶液均匀互溶，搅拌1.5小时，待用；
d、将步骤c所得溶液在温度40℃下减压蒸干并研磨，于800℃的空气中灼烧2.5小时，冷却后再研磨，即得可见光响应型二氧化钛光触媒，其中改性金属总质量占二氧化钛质量的7％。
实施例3
a、首先制备动力学稳定的二氧化钛超微粒子水溶液：
将4.3克可水解的含钛化合物四氯化钛缓慢加入10℃的220ml去离子水中，在超声波的作用下可水解的含钛化合物水解并分散成粒度为纳米10-9米级的超微粒子，再将该超微粒子水溶液与可见光下澄清透明，待用；
b、将稀有金属含镧、铈原子数比1.2∶1.2的溶液加入到透明的超微粒子溶液中均匀互溶，搅拌2小时，待用；
c、将过渡金属的氧化物含钴的溶液原子数比0.7加入到步骤b所得溶液均匀互溶，搅拌2小时，待用；
d、将步骤c所得溶液在温度50℃下减压蒸干并研磨，于900℃的空气中灼烧3小时，冷却后再研磨，即得可见光响应型二氧化钛光触媒，其中改性金属总质量占二氧化钛质量的5％。
实施例4
a、首先制备动力学稳定的二氧化钛超微粒子水溶液：
将3.2克可水解的含钛化合物四烷氧基钛缓慢加入20℃的210ml去离子水中，在超声波的作用下可水解的含钛化合物水解并分散成粒度为纳米10-9米级的超微粒子，再将该超微粒子水溶液与可见光下澄清透明，待用；
b、将稀有金属含镧、铈的溶液原子数比0.9∶0.9加入到透明的超微粒子溶液中均匀互溶，搅拌2小时，待用；
c、将过渡金属的氧化物含镍的溶液原子数比1.0加入到步骤b所得溶液均匀互溶，搅拌2小时，待用；
d、将步骤c所得溶液在温度35℃下减压蒸干并研磨，于750℃的空气中灼烧2小时，冷却后再研磨，即得可见光响应型二氧化钛光触媒，其中改性金属总质量占二氧化钛质量的8％。
实施例5
a、首先制备动力学稳定的二氧化钛超微粒子水溶液：
将4.5克可水解的含钛化合物四氯化钛缓慢加入20℃的440ml去离子水中，在超声波的作用下可水解的含钛化合物水解并分散成粒度为纳米10-9米级的超微粒子，再将该超微粒子水溶液与可见光下澄清透明，待用；
b、将稀有金属含镧、铈的溶液原子数比1.0∶1.0加入到透明的超微粒子溶液中均匀互溶，搅拌1.5小时，待用；
c、将过渡金属的氧化物含铜的溶液原子数比1.2加入到步骤b所得溶液均匀互溶，搅拌1.5小时，待用；
d、将步骤c所得溶液在温度45℃下减压蒸干并研磨，于850℃的空气中灼烧2.5小时，冷却后再研磨，即得可见光响应型二氧化钛光触媒，其中改性金属总质量占二氧化钛质量的10％。

Claims (2)

1、一种可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法，其特征在于通过将二氧化钛超微粒子与改性金属为稀有金属镧、铈和过渡金属氧化物锰、铁、钴、镍、铜中任意一和复合，形成金属氧化物/二氧化钛异质结，使二氧化钛改性，其中改性金属总质量占二氧化钛质量的2％-10％，改性金属中稀有金属镧和铈与过渡金属氧化物锰、铁、钴、镍、铜中任意一种的原子数比为0.7-1.2∶0.7-1.2∶0.7-1.2。
2、根据权利要求1所述的可见光响应型二氧化钛光触媒室内空气净化剂的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、首先制备动力学稳定的二氧化钛超微粒子水溶液：
将可水解的含钛化合物四氯化钛或四烷氧基钛缓慢加入0℃-20℃的去离子水中，其中去离子水的质量是可水解含钛化合物质量的55-60倍，在超声波的作用下可水解的含钛化合物水解并分散成粒度为纳米10-9米级的超微粒子，再将该超微粒子水溶液与可见光下澄清透明，待用；
b、将稀有金属含镧、铈的溶液加入到透明的超微粒子溶液中均匀互溶，搅拌1-2小时，待用；
c、将过渡金属的氧化物含锰、铁、钴、镍、铜其中任意一种的溶液加入到步骤b所得溶液均匀互溶，搅拌1-2小时，待用；
d、将步骤c所得溶液在温度30℃-50℃下减压蒸干并研磨，于700℃-900℃的空气中灼烧2-3小时，冷却后再研磨，即得可见光响应型二氧化钛光触媒。
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