一种用于空气污染治理的吸附可见光催化材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于空气治理的吸附可见光催化复合功能材料的制备方法，具体地说是利用煤矸石、沥青粉和电气石为原料，制备带永久负电荷的活性炭-沸石复合物，作为WO3/TiO2催化剂的载体合成吸附-可见光催化材料。该复合材料中，电气石自然带永久负电荷，能持续高效地吸附空气中带正电荷的PM2.5，煤矸石生成的活性炭-沸石复合物具有超大的比表面积，同时具备沸石的亲水性和活性炭的疏水特性，对空气中的极性污染物和疏水性的VOCs等物质具有良好的特异吸附性，在太阳光照下，上述被吸附的污染物可被WO3/TiO2催化剂降解去除。本发明产品可以用在外墙涂料【技术领域】，在雨水冲洗后保持自净，从而实现对污染空气的持续高效净化。
【专利说明】—种用于空气污染治理的吸附可见光催化材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属大气污染治理【技术领域】，具体涉及一种用于空气治理的吸附-可见光催化复合功能材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的高速发展、城市化进程的加快和工业规模的扩大，区域性大气污染日益严重。近年来在我国多个地区接连出现以细颗粒物为特征污染物的雾霾天气，对能见度、公众健康和城市景观构成巨大威胁。
[0003]在现有的空气污染治理技术中，光催化材料因其具有显著的空气净化效能，成为解决城市空气污染的有效途径之一。光催化技术的原理是利用的光催化材料，把太阳能转化为化学能，对有毒有害的物质进行氧化降解，达到了无害化处理。光催化反应对于空气中的挥发性有机物(VOCs)具有普遍较好的降解效果，同时，其对空气中的无机污染物(NOx、C0、H2S等)也有氧化去除作用，并对暴露于空气中的细菌和病毒同样具有良好的灭杀作用。在诸多光催化/敏化半导体材料中，二氧化钛(Ti02)因其洁净、安全、环境友好等特点受到人们的广泛关注。
[0004]近年来，国内外在光催化环境净化涂料的研究和工业化应用方面取得了一定成果。如专利CN 101629031B公开了一种具有杀菌和分解有毒物质的光催化功能涂料的制备方法，可以用在内墙涂料、纺织织物等【技术领域】。专利CN 102776993A公开了一种具有防污自洁功能的光触媒建筑物外壁，通过在建筑物的基材表面喷涂Ti02光触媒，从而使外壁有防污自洁功能的具有防污自洁功能。实践表明，在城市的道路、建筑立面的表面涂布光催化剂材料，通过光线作用催化降解功能，能有效降解空气中的N0x、V0Cs和硫氧化物等污染物，从而间接消除PM2.5，对净化城市空气污染物和改善空气质量有较好效果，同时不影响建筑物的使用功能，也不影响建筑物的外观。
[0005]尽管纳米Ti02在环境净化涂料中的应用取得了引人注目、卓有成效的成果，但依然存在有某些不利于实际推广的问题。(1)纳米打02在使用上对环境有一定的依赖性和局限性，其对紫外光源利用率极高，而对常见的可见光源(如:太阳光)利用不足，效率很低，但在太阳光照中，紫外光源的比例不到6%，这就大大局限了纳米1102环境净化涂料的使用范围。(2)在气相反应体系中，污染物预先在催化剂表面的吸附对提高光催化氧化速率是非常重要的，而现有Ti02复合光催化材料往往只注重自洁功能，其对VOCs和PM2.5等污染物的吸附性能较差，直接影响了其实际空气净化效果。
【发明内容】
[0006]本发明旨在克服现有技术缺点，提供一种用于空气治理的吸附可见光催化复合功能材料的制备方法。具体是利用煤矸石、浙青粉和电气石为原料，制备高质量的活性炭-沸石复合物，以此为载体负载冊3/1102合成吸附-可见光催化剂，用于对空气中PM2.5和VOCs等污染物的高效吸附-光催化去除。
[0007]本发明提出的一种用于空气污染治理的吸附可见光催化材料的制备方法，所述吸附可见光催化材料为负载有W03/Ti02的活性炭-沸石材料，具体步骤如下:
(1)将粒度为200目以下煤矸石、电气石和浙青粉，按煤矸石:电气石:浙青粉为(0.5?0.9): (0.05?0.15): (0.Γθ.3)的重量比进行配比，并充分混合，制得物料A ;
(2)在室温下，将钛酸四正丁酯与无水乙醇按1:1的体积比混合，搅拌0.5?2h，得到均匀透明的黄色溶液B ;
(3)将步骤(1)得到的物料A和步骤(2)得到的黄色溶液B按质量体积比1:1飞的比例混合，陈化24?48h,在流速为200mL/min的二氧化碳气体条件下,升温至50(T800°C炭化6?12h，冷却至室温后，制得物料C ；
(4)将步骤(3)得到的物料C和钨酸钠水溶液按照质量体积比(w/v)10%充分混合，超声振荡4?8 h，然后洗涤干燥，氮气气氛40(T55(rC下活化2?4h，冷却室温后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0008]本发明中，所述的物料C和钨酸钠的重量比为(0.8、.95):(0.05、.2)。
[0009]原理:利用煤矸石、浙青粉和电气石为原料，制备带永久负电荷的活性炭-沸石复合物，作为W03/Ti02催化剂的载体合成吸附可见光催化复合材料。该复合材料中，电气石自然带永久负电荷，能持续高效地吸附空气中带正电荷的PM2.5，煤矸石生成的活性炭-沸石复合物具有超大的比表面积，同时具备沸石的亲水性和活性炭的疏水特性，对空气中的极性污染物和疏水性的VOCs等物质具有良好的特异吸附性，在太阳光照下，上述被吸附的污染物可被W03/Ti02催化剂降解去除。本发明产品可以用在外墙涂料【技术领域】，在雨水冲洗后保持自净，从而实现对污染空气的持续高效净化。
[0010]与已有的技术相比，本发明具有以下优点:
1.在吸附光催化材料的制备中，浙青粉的加入不仅可以作为粘结剂提高复合材料的机械强度，而且还可以起到补炭的作用，进而调节复合材料中活性炭/沸石的比例，所制备的复合材料同时具备沸石的亲水性和活性炭的疏水性，具有超大的比表面积和微孔吸附孔道，可实现对空气中污染物的高效吸附。
[0011]2.在吸附光催化材料中添加电气石，其表面的自然永久性负电荷与PM2.5的正电荷相互匹配，使其具有吸附PM2.5的独特功能。
[0012]3.W03/Ti02光催化剂具有良好的可见光催化性能，能充分利用太阳光能源，实现对吸附的空气污染物彻底降解去除。
[0013]4.该吸附光催化材料以廉价的煤矸石为主要原料，成本低，经济可行，在应用中通过雨水作用实现自净，无需另行维护。
【具体实施方式】
[0014]以下实施例将对本发明作进一步说明。
[0015]实施例1
(1)将粒度为200目的煤矸石、电气石和浙青粉，按煤矸石:电气石:浙青粉=0.8:0.05: 0.15的重量比进行配比，并充分混合，制得物料A。
[0016](2)在室温下，将钛酸四正丁酯与无水乙醇按体积比1:1混合，搅拌0.5h，得到均匀透明的黄色溶液B。
[0017](3)将物料A和黄色溶液B按质量体积比1:3的比例混合，陈化24h，在流速为200mL/min的二氧化碳气体条件下,升温至650°C炭化6h,冷却至室温后，制得物料C。
[0018](4)将物料C和钨酸钠水溶液按照质量体积比(w/v) 10%充分混合(物料C和钨酸钠的重量比为0.95:0.05)，超声振荡4h，然后洗涤干燥，氮气气氛400°C下活化2h，冷却室温后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0019]采用《GBT 23761-2009光催化空气净化材料性能测试方法》进行制备材料对空气净化能力测试，实验将0.5g上述制备的吸附可见光催化材料涂布在200mmX 100mm片状玻璃片上，在甲苯初始浓度为6mg/L时，可见光光照8h，去除率达到96%，处理效果良好。
[0020]实施例2
(1)将粒度为200目的煤矸石、电气石和浙青粉，按煤矸石:电气石:浙青粉=0.85:0.03: 0.12的重量比进行配比，并充分混合，制得物料A。
[0021](2)在室温下，将钛酸四正丁酯与无水乙醇按体积比1:1混合，搅拌0.5h，得到均匀透明的黄色溶液B。
[0022](3)将物料A和黄色溶液B按质量体积比1: 3的比例混合，陈化12h，在流速为200mL/min的二氧化碳气体条件下,升温至550°C炭化6h,冷却至室温后，制得物料C。
[0023](4)将物料C和钨酸钠水溶液按照质量体积比(w/v) 10%充分混合(物料C和钨酸钠的重量比为0.93:0.07)，超声振荡4h，然后洗涤干燥，氮气气氛500°C下活化2h，冷却室温后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0024]采用《GBT 23761-2009光催化空气净化材料性能测试方法》进行制备材料对空气净化能力测试，实验将0.5g上述制备的吸附可见光催化材料涂布在200mmX 100mm片状玻璃片上，在甲醛初始浓度为10mg/L时，可见光光照llh，去除率达到94%，处理效果良好。
[0025]实施例3
(1)将粒度为200目的煤矸石、电气石和浙青粉，按煤矸石:电气石:浙青粉=0.7:0.08: 0.22的重量比进行配比，并充分混合，制得物料A。
[0026](2)在室温下，将钛酸四正丁酯与无水乙醇按体积比1:1混合，搅拌0.5h，得到均匀透明的黄色溶液B。
[0027](3)将物料A和黄色溶液B按质量体积比1:4的比例混合，陈化24h，在流速为200mL/min的二氧化碳气体条件下,升温至600°C炭化8h,冷却至室温后，制得物料C。
[0028](4)将物料C和钨酸钠水溶液按照质量体积比(w/v) 10%充分混合(物料C和钨酸钠的重量比为0.95:0.05)，超声振荡4h，然后洗涤干燥，氮气气氛500°C下活化2h，冷却室温后粉碎至150目以下，即制得成品。
[0029]采用PM2.5实验舱、PM2.5检测仪，检验待测产品能对PM2.5的吸附和光催化去除性能，实验将0.5g上述制备的吸附可见光催化材料涂布在200mmX100mm片状玻璃片上，在PM2.5浓度为73 ug/m3,吸附时间为30min时，产品对PM2.5的吸附率达54%以上，在可见光光照条件下，PM2.5中的有机物污染可被彻底降解去除。
【权利要求】
1.一种用于空气污染治理的吸附可见光催化材料的制备方法，其特征在于所述吸附可见光催化材料为负载有W03/Ti02的活性炭-沸石材料，具体步骤如下: (O将粒度为200目以下煤矸石、电气石和浙青粉，按煤矸石:电气石:浙青粉为(0.5?0.9): (0.05?0.15): (0.1?0.3)的重量比进行配比，并充分混合，制得物料A ; (2)在室温下，将钛酸四正丁酯与无水乙醇按1:1的体积比混合，搅拌0.5?2h，得到均匀透明的黄色溶液B ; (3 )将步骤(I)得到的物料A和步骤(2 )得到的黄色溶液B按质量体积比1:1飞的比例混合，陈化24?48h,在流速为200mL/min的二氧化碳气体条件下,升温至50(T800°C炭化6?12h，冷却至室温后，制得物料C ； (4)将步骤(3)得到的物料C和钨酸钠水溶液按照质量体积比(w/v) 10%充分混合，超声振荡4?8 h，然后洗涤干燥，氮气气氛40(T55(rC下活化2?4h，冷却室温后粉碎至150目以下，即制得成品。
2.根据权利要求1所述的一种用于空气污染治理的吸附可见光催化材料的制备方法，所述的物料C和钨酸钠的重量比为(0.8?0.95):(0.05?0.2)。
【文档编号】B01J20/20GK104307473SQ201410558124
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】王学江, 尹大强, 赵建夫, 宋靖柯, 张晶, 马荣荣, 夏鹏, 王鑫, 黄嘉瑜, 陈杰 申请人:同济大学