复合催化材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于纳米催化材料，具体涉及一种用于vocs净化的复合催化材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会经济的发展，空气中挥发性有机化合物(vocs)的来源途径越来越多，如各种工业生产、塑料和油漆产品的挥发、电子垃圾的分解，室内装饰材料的释放等。室内空气中挥发性有机化合物的积累可引起严重的人体健康问题，并加重环境污染问题，如呼吸系统疾病、肝肾皮肤病、臭氧耗损、光化学烟雾形成等。

2、目前，光催化vocs降解领域的研究主要集中在如何通过元素掺杂、能带工程、形貌控制、表面改性以及与其他半导体材料构筑异质结等方式提高光催化剂的vocs去除率和矿化效率。其最终目的是将挥发性有机化合物完全矿化成二氧化碳和水。

3、近年来，铋基化合物如bi2wo6、bi2moo6、bivo4、bipo4、biox和bioio3等都具有良好的光催化性能，是一类很有前途的光催化剂。其中，钨酸铋(n型半导体)和氯氧化铋(p型半导体)是层状材料，具有较高的化学稳定性、光催化效率和结构多样性。但是它们主要面临的问题是光生电子空穴对复合率较高以及量子效率低，因此其光催化活性仍然不理想。为了解决这一问题，科研工作者通过构筑各种类型异质结提高光生电子空穴对的分离效率，延长载流子的寿命，从而进一步提高光催化性能。因为biocl晶格与bi2wo6晶格非常匹配，可以构建biocl/bi2wo6异质结构。但是水热法制备biocl/bi2wo6的产率低，与市场上p25等商业化光催化剂相比成本较高。

技术实现思路

1、为克服上述缺陷，本发明提供一种催化剂以及该催化剂的制备方法及应用。

2、本发明公开一种复合催化材料，包括活性组分，所述活性组分为二氧化钛、氯氧化铋和钨酸铋三元复合纳米催化剂。

3、根据本发明一实施方式，所述三元复合纳米催化剂中，二氧化钛、氯氧化铋和钨酸铋的摩尔比为50～150:5～20:20～40，优选140:40:20。

4、根据本发明的另一实施方式，所述复合催化材料还包括活性炭。

5、根据本发明的另一实施方式，所述活性炭为煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭中的一种或多种；优选，所述活性炭的粒径为40～200目，更优选为120目。

6、根据本发明的另一实施方式，所述复合催化材料中，所述活性炭与所述活性组分的质量比为1～20:80～99，优选为10:90。

7、本发明还公开一种该复合催化材料的制备方法，包括：将五水合硝酸铋、纳米二氧化钛、钨酸钠依次加入到稀盐酸溶液中并搅拌均匀得到混合液；将所述混合液倒入水热反应釜中进行水热反应得到所述复合催化材料。

8、根据本发明的一实施方式，所述水热反应的反应温度为160～200℃，反应时间为10～24小时；优选反应温度为180℃，反应时间为12小时。

9、本发明又公开一种净化材料，包括上述复合催化材料、过滤网基体和粘结剂，所述复合催化材料通过粘结剂粘附在所述滤网基体上。

10、根据本发明的一实施方式，所述粘结剂为丙烯酸酯乳胶，聚乙烯醇类水性胶黏剂、乙烯乙酸酯类水性胶黏剂、聚氨酯类水性胶黏剂、环氧水性胶黏剂、酚醛水性胶黏剂、有机硅类水性胶黏剂、橡胶类水性胶黏剂中的一种或多种，优选以所述净化材料的总质量为100％，所述粘结剂的含量0.1～0.5wt％，优选的为0.25％；

11、根据本发明的另一实施方式，所述滤网基体为无纺布、活性炭无纺布、过滤棉中的一种或多种，优选为活性炭质量负载量30～50％的活性炭无纺布支撑材料。

12、根据本发明的另一实施方式，所述复合催化材料在所述滤网基体上的负载量为0.005～0.04g/cm2，优选为0.02g/cm2。

13、本发明再公开上述催化剂和净化材料在vocs吸附中的应用。

14、本发明拓宽了单一氯氧化铋和单一钨酸铋的可见光响应范围，相对于钨酸铋和氯氧化铋来说，二氧化钛/氯氧化铋/钨酸铋三元复合纳米催化剂降解甲苯的光催化活性是纯钨酸铋的26.33倍，纯氯氧化铋的41.26倍。本发明通过简单的一步水热法合成三元的二氧化钛/氯氧化铋/钨酸铋三元复合纳米催化剂，合成的二氧化钛/氯氧化铋/钨酸铋三元复合纳米催化剂结构稳定，制备方法简单安全，反应条件可控、在不同环境下均表现出优良的光催化性能和很好的循环性能。该三元复合纳米催化剂与活性炭复合，成功制备了高效净化效率的复合纳米催化材料。本发明在确保高催化活性的前提下，同时又降低了原材料成本，具有较高的实际生产价值。

技术特征：

1.一种复合催化材料，其特征在于，包括活性组分，所述活性组分为二氧化钛、氯氧化铋和钨酸铋三元复合纳米催化剂。

2.根据权利要求1所述的复合催化材料，其特征在于，所述三元复合纳米催化剂中，二氧化钛、氯氧化铋和钨酸铋的摩尔比为50～150:5～20:20～40，优选140:40:20。

3.根据权利要求1所述的复合催化材料，其特征在于，所述复合催化材料还包括活性炭。

4.根据权利要求3所述的复合催化材料，其特征在于，所述活性炭为煤质活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭中的一种或多种；优选，所述活性炭的粒径为40～200目，更优选为120目。

5.根据权利要求3所述的复合催化材料，其特征在于，所述复合催化材料中，所述活性炭与所述活性组分的质量比为1～20:80～99，优选为10:90。

6.一种权利要求1-5所述的复合催化材料的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的反应温度为160～200℃，反应时间为10～24小时；优选反应温度为180℃，反应时间为12小时。

8.一种净化材料，其特征在于，包括权利要求1-5所述的复合催化材料、过滤网基体和粘结剂，所述复合催化材料通过粘结剂粘附在所述滤网基体上；

9.根据权利要求8所述的净化材料，其特征在于，所述复合催化材料在所述滤网基体上的负载量为0.005～0.04g/cm2，优选为0.02g/cm2。

10.权利要求1-5所述的复合催化材料或权利要求8或9所述的净化材料在vocs吸附中的应用。

技术总结
本发明的复合催化材料，包括活性组分，活性组分为二氧化钛、氯氧化铋和钨酸铋三元复合纳米催化剂。该催化材料是一种可见光响应范围广、电子空穴复合率低的高效纳米催化剂，在降解有机挥发性气体方面具有显著的效果，可实现在1小时内气态甲苯的降解率达95％以上。本发明拓宽了单一氯氧化铋和单一钨酸铋的可见光响应范围，相对于钨酸铋和氯氧化铋来说，二氧化钛/氯氧化铋/钨酸铋三元复合纳米催化剂降解甲苯的光催化活性是纯钨酸铋的26.33倍，纯氯氧化铋的41.26倍。本发明在确保高催化活性的前提下，同时又降低了原材料成本，具有较高的实际生产价值。

技术研发人员：焦金明,李强,傅修军,王楠,杨夏亨,张丹丹,李佳璇,赵硕,王唯
受保护的技术使用者：大同中车煤化有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11