一种空气杀菌净化器及其使用的光催化薄膜制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到空气净化杀菌的技术领域，特别涉及到一种空气杀菌净化器及其使 用的光催化薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着工业化和城市化的迅速发展，空气污染对人类生存造成的威胁已为大众所 知，特别是室内空气污染与人的生活息息相关。据调查表明，室内空气污染程度远大于室 外，特别是人口密集，环境相对密封的地方，随着时间的积累，空气中有着许多有害的物质 和细菌，严重的危害到人体的健康。因此空气杀菌净化技术研究已经引起了广泛的关注。
[0003] 现有技术中，光催化被认为是最具有发展前景的空气净化技术之一，目前用于光 催化剂的多为N型半导体，其中TiO2因其具有无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好、廉 价易得等优点是目前最常用的光催化剂。传统做法是在铁丝网、镍网、铜网等表面镀上TiO 2 薄膜，即将以上金属网浸泡在TiO2醇或水溶液中，再拿出加热，形成TiO2薄膜。该方法产生 的TiO 2薄膜颗粒在金属网上的粘结性很差，在高温加热形成TiO2薄膜的过程中，大量颗粒 会剥落，造成金属网表面的有效TiO 2薄膜纳米颗粒很少。在之后的使用过程中，任何风吹振 动等都会造成更多TiO2颗粒剥落，这样，整个材料的光催化效率会不断下降。且TiO 2是一 种宽禁带半导体（金红石3. OeV，锐钛矿3. 2eV)，只能吸收紫外光，而紫外光只占太阳能量 的4%，因此，TiO2对太阳光的利用率很低；同时紫外光激发半导体产生光生电子和空穴，光 生电子和空穴与附着于TiO 2上的有机污染物发生作用，将其降解为无机小分子物质，但是， 光生电子和空穴的复合速率远大于与有机物发生作用的速率，这样大大地降低TiO 2的光催 化效率。因此，一种能够同时提高传统光催化剂的吸附量和光催化效率的高效担载材料是 发展和应用光催化技术所需要的。
[0004] 石墨烯是一种单层碳原子的石墨材料，具有优异的导电、导热、机械性能以及大的 比表面积和吸附性能，因此利用石墨烯的特殊结构，将TiO2颗粒复合生长于石墨烯片层上， 既能增大TiO 2的光催化面积，又能增大光生载流子的传输速率，大大力高TiO2的光催化效 率。因此，通过石墨烯与半导体光催化材料复合的石墨烯复合光催化剂粉体是一种具有高 吸附量和高催化活性的新型光催化材料。但二维石墨烯易团聚，难分散，很难获得高比表面 积的材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种空气杀菌净化器，结构简单，净化杀菌速率快，无二次 污染的产生，能够有效的去除空气中有害的气体和有害细菌，且具有便于携带的特点。
[0006] 为此，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种空气杀菌净化器，包括外壳、离心装置和光催化装置，所述离心装置和光催化 装置位于外壳内，所述离心装置位于光催化装置上方，所述外壳设有进气口和出气口；所述 光催化装置包括光源和光催化薄膜，所述光源位于光催化薄膜内，所述光催化薄膜包括基 底层、三维石墨烯层、TiO2纳米薄膜层和纳米银层，所述三维石墨烯层位于基底层和TiO2纳 米薄膜层中间，所述纳米银层位于TiO2纳米薄膜层之上。
[0008] 其中，所述光催化薄膜装置还包括光催化薄膜安装网板，所述光催化薄膜安装在 光催化薄膜安装网板上。
[0009] 其中，所述空气杀菌净化器还包括过滤装置，所述过滤装置位于光催化薄膜的外 侧，包括立体网板和活性炭海绵，所述活性炭海绵包裹立体网板。
[0010] 其中，所述光源为LED灯，所述LED灯优选为紫外光LED灯。
[0011] 其中，所述基底层为孔径为0. 01-0. 6mm的镍网或铜网。
[0012] 本发明还提供一种光催化薄膜制备方法，包括如下：在基底层上沉积三维石墨烯 层：800~1300°C条件下，在保护气和氢气中，去除基底层表面氧化物层后再通入碳源气 体，2-10min后关闭碳源，将样品迅速冷却至室温，关闭保护气和氢气；在三维石墨烯层上 沉积TiO 2纳米薄膜层：在冰浴下，将钛酸四丁酯缓慢搅拌滴加到乙醇或水中，滴加速率控 制在l-2ml/min，超声混合均匀后，再将第一步的样品放入反应液中，在80-160°C下水热反 应；高温退火得到基底层/三维石墨烯层/TiO 2纳米薄膜层：通入保护气，将上述反应得到 的样品清洗、干燥，然后加热至350-60(TC反应0. 5-3h再将其缓慢冷却，得到基底层/三 维石墨烯层/TiO2纳米薄膜层；在TiO2纳米薄膜层上沉积纳米银层：将上述得到的基底 层/三维石墨烯层/TiO 2纳米薄膜层用0. 1 % wt-5 % WtAgNO3或其他含Ag+的溶液，浸泡 10-120min，后加温至200-40(TC，在TiO 2纳米薄膜层表面形成纳米银层。
[0013] 其中，所述在基底层上沉积三维石墨烯层中，所述碳源气体为甲烷、甲醇、乙醇、 乙烷或乙炔中的一种或多种，所述碳源气体为甲烷或乙烷时碳源气体的流速为I-IOs. c.c.m.;所述碳源气体为甲醇或乙醇时，用1-lOs.c.c.m.的保护气鼓泡；所述保护气为氩 气或氖气，所述保护气流速为300-600s. c. c. m.;所述氢气的流速为100-300s. c. c. m.。
[0014] 其中，所述在三维石墨烯层上沉积TiO2纳米薄膜层的步骤中，所述滴加的钛酸四 丁酯占乙醇质量的15-25% ;所述乙醇温度控制在0-5°C，所述反应时间为4-24h。
[0015] 其中，所述高温退火得到光催化薄膜步骤中，所述干燥温度为50-80°C，所述干燥 条件为真空下，所述干燥时间为3-4h ;所述加热温度优选500°C。
[0016] 本发明采用以上技术方案，使用过滤装置和光催化薄膜装置双重净化杀菌，能有 效去除空气中的有害气体和细菌。使用LED灯作为催化光源，提高了光催化效率。光催化 薄膜采用基底层/三维石墨烯层/TiO 2纳米薄膜层/纳米银层，将TiO2纳米颗粒均匀分布 于三维石墨烯层表面，分散性好，既避免了自身粒子的团聚，也有效防止了石墨烯片层的重 堆积，纳米复合材料所特有的结构使其具有很好的热稳定性和优异的光催化活性。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明空气杀菌净化器的结构示意图。
[0018] 图2为本发明空气杀菌净化器的光催化薄膜的结构示意图。
[0019] 图3为本发明空气杀菌净化器的空气杀菌净化流动示意图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明 的【具体实施方式】做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充 分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受 以下公开的具体实施的限制。
[0021] 一种空气杀菌净化器，如图1、图2所示，包括外壳1、离心装置2和光催化装置3， 所述离心装置2和光催化装置3位于外壳1内，所述离心装置2位于光催化装置3上方，所 述外壳1设有进气口 11和出气口 12 ;所述光催化装置3包括光源31和光催化薄膜32,所 述光源31位于光催化薄膜32内，所述光催化薄膜32包括基底层321、三维石墨烯层322、 TiO2纳米薄膜层323和纳米银层324,所述三维石墨烯层322位于基底层321和TiO2纳米 薄膜层323中间，所述纳米银层324位于TiO 2纳米薄膜层323之上。其中，所述光催化薄膜 装置3还包括光催化薄膜安装网板33,所述光催化薄膜32安装在光催化薄膜安装网板33 上。所述空气杀菌净化器还包括过滤装置4,所述过滤装置4位于光催化薄膜3的外侧，包 括立体网板41和活性炭海绵42,所述活性炭海绵42包裹立体网板41。其中，所述光源31 为LED灯，所述LED灯优选为紫外光LED灯；所述基底层321为孔径为0. 01-0. 6_的镍网 或铜网。
[0022] 本发明使用的光催化薄膜32制备方法包括如下：
[0023] S1，在基底层321上沉积三维石墨烯层322 :800~130(TC条件下，在保护气和氢 气中，去除基底层表面氧化物后再通入碳源气体，2-10min后关闭碳源，将样品迅速冷却至 室温，关闭保护气和氢气；其中，所述碳源气体为甲烷、甲醇、乙醇、乙烷或乙炔中的一种或 多种，所述的碳源气体为甲烷或乙烷时碳源气体的流速为1-lOs. c.c.m.;所述的碳源气体 为甲醇或乙醇时，用1-lOs.c.c.m.的保护气鼓泡；所述保护气为氩气或氖气，所述的保护 气流速为300-600s. c. c. m.;所述的氢气的流速为100-300s. c. c. m.;
[0024] S2,在三维石墨烯层322上沉积TiO2纳米薄膜层323 :在冰浴下，将钛酸四丁酯缓 慢搅拌滴加到乙醇或水中，滴加速率控制在l_2ml/min，超声混合