专利名称：果蔬保鲜用复合光催化材料的制备方法
技术领域：
本发明所属的技术领域是催化材料的制备，特别是属于一种果蔬保鲜配套使用的
复合光催化材料的制备方法。
背景技术：
纳米半导体光催化技术近年来取得了很大进展，许多纳米半导体材料，如二氧 化钛(Ti0》、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO》、硫化镉(CdS)等都被发现能够有效地降解 有机或无机污染物，其中二氧化钛具有化学性质稳定、氧化还原性强、抗光阴极腐蚀、难 溶、无毒、成本低等优点。有关以二氧化钛为光催化剂的降解污染物的文献有Alberici R.M. ， Jardim W. F.在《应用催化》上发表的"二氧化钛气相光催化降解挥发性有机污染 物，，(Photocatalytic destructionof VOCs in the gas_phase using Titanium Dioxide. A卯l.Catal.B :Environ，1997，14，55 68)，目前大多数的研究是使用粉末状光催化剂， 然而粉末状光催化剂在使用过程中存在团聚失活、分离与回收困难以及二氧化钛吸附能 力较差，光催化效率低等问题。 一些研究者进行了二氧化钛粉末载体固定化，此类文献 有Yoneyama H.在《物理化学杂志》上发表的"惰性载体在二氧化钛负载化后提高了气相 Propionaldehyde降角牟速率的作用，，(Effect of inert supports for titani咖dioxide loading on enhancement of photodecomposition rate of gaseous propionaldehyde. J. Phys. Chem. 1995,99(21)， 9986 9991)和川岛正荣、中礼司、角田照夫等的专利(除臭 器，CN1035438,1989)，这些方法虽然部分解决了粉末固定化问题，但通常所用溶胶-凝胶 法制膜及负载，由于干燥过程中晶型转变和体积收縮，所制的膜及负载层容易出现裂纹，与 载体粘结不牢等问题，影响着催化剂的催化效率和实用性。 在果蔬保鲜加工和贮藏过程中，需要严格的卫生条件，而果蔬的呼吸作用要产生 乙烯、 乙醇、乙醛等气体，果蔬变质腐败要产生硫化氢、氨气等废气，这些废气的积累影 响其它果蔬的保鲜贮存。以往的技术使用如高锰酸钾等化学吸收剂，净化速率较慢，成本较 高；有使用活性炭吸附剂的，活性炭吸附存在最大吸附饱和量，达到最大吸附饱和量有解吸 的可能。而光催化净化方法，能够直接地进行氧化还原反应，或者间接地利用氧和水产生的 氧化试剂(如羟基自由基)来消除污染物，而且氧化反应的活性试剂是由污染物本身或者 从水和空气中衍生而来，对大多数有机和无机污染物能完全降解消除，而且对包括尘埃、花 粉等悬浮粒子，对微生物包括霉菌、细菌、病毒等也能降解消除，而光催化材料不存在的化 学计量问题，可以被多次使用，而消耗很少，特别适用于诸如果蔬加工车间和冷藏库等半封 闭和封闭环境中的空气净化。
发明内容
本发明的目的是为了克服二氧化钛的吸附能力较差，二氧化钛与载体粘结不牢 固，光催化效率较低的不足，而提供一种制备方法，使二氧化钛与载体粘结牢固，提高了吸附能力和光催化效率的果蔬保鲜配套使用的复合光催化材料。 本发明的果蔬保鲜配套使用的复合光催化材料的制备方法采用的技术方案是
利用水热处理法将二氧化钛负载到活性炭纤维上制备二氧化钛/活性炭纤维复 合光催化剂，干燥后，制备成二氧化钛为主要催化剂、活性炭为载体和支承体的吸附型复合 光催化净化材料。 所用的二氧化钛为主要催化剂，晶型为锐钛矿型，纯度不小于99%。二氧化钛的制 备方法有两种，方法一 由钛酸酯通过溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶，方法二 纳米二氧 化钛粉末于水中超声分散制备二氧化钛悬浮液。溶胶或悬浮液中的二氧化钛的平均粒径为 1 100nm。 二氧化钛与吸附型活性炭纤维复合，活性炭来源煤基或果壳炭。比表面积在 1000 1800m2/g。 本发明所用二氧化钛/活性炭纤维的复合催化剂的制备方法，是利用水热处理法 制备含二氧化钛/活性炭纤维复合催化剂，即活性炭纤维与溶胶或悬浮液一起进行水热 处理，水热处理的温度为100 200°C，时间为5 15小时。活性炭纤维的加入量与溶胶或 水悬浮液所含的二氧化钛的量的比例为10 40 : 60 90% (质量％)，干燥后二氧化钛 的量为0. 5 1. 0mg/cm2。水热处理法使溶胶中二氧化钛粒子在水热处理过程中实现晶型 转变和结晶优异的粒子，这样减少成膜时溶胶的体积收縮，减少裂纹的发生，降低了后续的 热处理温度。同时活性炭纤维与溶胶或二氧化钛的悬浮液一起水热处理，提高了二氧化钛 在活性炭纤维上的均匀度，增加了二氧化钛与活性炭纤维的粘结性，使复合质量得到改善。 本发明的制备工艺过程见附图1。 本发明和现有相关技术相比具有显著的特点和进步 1.在水热处理过程中实现了二氧化钛的晶型转变和粒子熟化，这样可以减少成膜
时溶胶的体积收縮，减少裂纹的发生，改善与活性炭纤维的粘结性以及降低了后续的热处
理温度。水热处理法使二氧化钛/活性炭纤维复合均匀、牢固、稳定性高。 2. 二氧化钛/活性炭纤维复合光催化材料具有吸附性能和光催化性能，光催化过
程中二氧化钛与活性炭有相互协同作用，活性炭提高了光催化效率，二氧化钛的光催化使
活性炭再生，使得材料能长时间的重复使用。 3. 二氧化钛/活性炭纤维复合催化剂制备工艺简单，成本较低，易于压制成各种 形状，便于材料的更换。该方法所制备的催化材料具有更好的稳定性、催化活性和机械强度。 本发明的光催化材料的样品在间歇循环系统进行光催化评价。光催化反应用紫外 光作为光源，实验所用的样品量为3g。在通常的实验条件下温度25士rC，相对湿度40 45% ，进行乙烯和苯光催化实验，其中乙烯和苯的初浓度为20ppm，本发明的样品对丁乙烯 20min的转化率为99% ，对苯的光催化40min的转化率为99% ，与样品3对照都提高了一倍 的光催化效率，乙烯的光催化效果见附图2，苯的光催化效果见附图3，
图1是二氧化钛/活性炭纤维复合催化剂制备工艺简图。 图2是乙烯的光催化效果图。横坐标为光照时间(min)，纵坐标为乙烯的浓度
4(卯m)。图中图中參代表样品1， B代表样品2， A代表样品3。 图3是苯的光催化效果图。横坐标为光照时间(min)，纵坐标为苯的浓度(卯m)。 图中參代表样品1，B代表样品2，A代表样品3。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详述 实施例1 :由溶胶制备二氧化钛/活性炭纤维复合催化材料0. lmol(34g)钛酸四丁酯常温搅拌下逐滴加到360ml、lM的硝酸水溶液中，边滴
加、边搅拌并控制滴加和搅拌速度，滴完后继续搅拌2h，钛酸四丁酯经过水解形成略呈淡黄
色的透明溶胶，放置数小时，分解出的丁醇与溶胶分层，呈淡黄色浮于上层，分出丁醇层，可
得到近无色的溶胶。制备的溶胶加入3g活性炭纤维并加入到耐压容器中，经16(TC水热处
理10h后，取出含二氧化钛的活性炭纤维，干燥后得到样品1。 实施例2 :由二氧化钛粉末制备二氧化钛/活性炭纤维复合催化材料 8g纳米二氧化钛粉末，加入340mL水，超声分散20min，得到白色悬浮液。加入3g
活性炭纤维并加入到耐压容器中，经16(TC水热处理5h后，与实施例l相同的操作得到样品2。
实施例3 :由溶胶制备二氧化钛催化材料 用与实施例1相同的方法制备二氧化钛溶胶，水热处理后喷涂于玻璃板上，不加 活性炭得到对照样品3。
权利要求
一种果蔬保鲜用复合光催化材料的制备方法，其特征在于利用水热处理法将二氧化钛负载到活性炭纤维上制备二氧化钛/活性炭纤维复合光催化剂，干燥后，制备成二氧化钛为主要催化剂、活性炭纤维为载体和支承体的吸附型复合光催化净化材料。
2. 根据权利要求1所述的催化材料，其特征是二氧化钛为锐钛矿型，其平均粒径为1 100nm ;二氧化钛的制备方法有两种，方法一 由钛酸酯通过溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶；方法二 纳米二氧化钛粉末于水中超声分散制备二氧化钛悬浮液。
3. 根据权利要求1所述的催化材料，其特征是活性炭纤维为吸附型活性炭纤维，来源于煤基、果壳炭，比表面积为1000 1800m7g。
4. 根据权利要求1所述的催化材料，其特征是二氧化钛/活性炭纤维复合催化剂的制 备方法是利用水热处理法制备含二氧化钛/活性炭复合催化剂，温度为100 200°C，时间 为5 15小时。
5. 根据权利要求4所述的二氧化钛/活性炭纤维复合催化剂的制备方法，其特征是活 性炭纤维与溶胶或水悬浮液所含的二氧化钛的比例为10 40 : 60 90(质量％ )。干 燥后二氧化钛的量为0. 5 1. 0mg/cm2。
全文摘要
本发明公开了于一种果蔬保鲜配套使用的复合光催化材料的制备方法和工艺，该方法和工艺是以钛酸酯为原料首先进行酸性水解制备成溶胶，或使用纳米二氧化钛粉末在水中超声分散，然后加入活性炭纤维进行水热处理，制备成二氧化钛为主要催化剂、活性炭纤维为载体和支承体的吸附型复合光催化材料。本发明制备的材料在紫外光照下，通过光催化反应，使果蔬加工车间和果蔬冷藏库中果蔬呼吸产生的乙烯、乙醇、乙醛等，腐烂产生的硫化氢、氨气等常见的挥发性污染物转化为无害物，同时还具有杀灭细菌、微生物的作用，保证果蔬新鲜、食用安全。
文档编号B01J21/06GK101766996SQ20091002864
公开日2010年7月7日 申请日期2009年1月7日 优先权日2009年1月7日
发明者乔梁, 乔维汉, 张哲 申请人:乔维汉;乔梁;张哲