用于治理挥发性空气污染物的光催化涂覆材料的制备方法

本发明涉及光催化材料的制备技术，特别涉及一种用于治理挥发性空气污染物的光催化涂覆材料的制备方法。

背景技术：

1、挥发性污染物带来的空气污染会对神经系统、呼吸道系统、消化系统、神经体系、皮肤系统、视力系统等产生危害，甚至导致癌症和血液方面的疾病，成为人们关注的焦点。目前，传统治理挥发性空气污染物的方法主要有物理吸附净化、臭氧净化、负氧离子净化、化学品反应净化、紫外线净化等，但这些技术存在持久性短、净化不彻底、易产生二次污染等问题。半导体光催化技术以光作为驱动力，激发半导体产生羟基自由基、超氧自由基等高活性基团，实现对挥发性污染物的催化降解，具有净化持久、无二次污染等优势，展现出广阔的发展前景。

2、近年来，bi2sn2o7作为一种新型的光催化材料受到研究人员的关注。该材料具有独特的烧绿石型结构和合适的禁带宽度(2.5-2.8ev)，sno6具有的共顶点八面体的空间晶体结构更有利于光生载流子的分离和迁移，从而表现出较高的光催化活性。然而，bi2sn2o7价带电位在2.1v左右，小于·oh/h2o的氧化还原电位(2.27v)，这使得价带能级上产生的光生空穴无法形成羟基自由基(·oh)，而·oh在光催化反应中是非常重要的活性物种之一。因此，亟需对bi2sn2o7进行改性，以有效利用光生空穴产生高氧化活性的·oh。目前，主要的改性手段是将bi2sn2o7与具有显著氧化能力的其他半导体复合构建z型异质结，通过异质结中内建电场对光生载流子迁移行为进行调控，从而使光生载流子保持在具有较强的氧化还原能力的导带或价带上。但是，为了有效利用可见光，与bi2sn2o7复合的其他半导体仍主要采用窄带隙半导体(如g-c3n4、biobr、bi2moo6等)，难以采用具有更高氧化能力的宽带隙半导体。此外，在光催化材料的应用中，薄膜(涂层)型催化材料因可在不同基材表面涂膜，拓宽了光催化材料的应用范围。但传统光催化涂层中光催化剂容易被成膜材料包覆，导致光催化活性减弱。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种用于治理挥发性空气污染物的光催化涂覆材料的制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

3、提供一种用于治理挥发性空气污染物的光催化涂覆材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)光催化功能材料制备

5、将1～3质量份的纳米zno加入到100～400质量份的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，超声处理1～3h获得纳米zno分散液；聚乙烯吡咯烷酮水溶液的质量分数为1％；

6、将5～10质量份sncl4·5h2o和一定量的铋盐分别溶解于20～30质量份的去离子水中；在搅拌条件下，将sncl4水溶液加入铋盐水溶液中，bi原子与sn原子的摩尔比为1:1；然后加入纳米zno分散液，搅拌20min后调整混合液ph值至14；

7、将混合液转移至反应釜进行水热反应，获得的反应产物经去离子水和无水乙醇各离心洗涤两次，再分散到去离子水中，获得质量分数为1％的zno/bi2sn2o7多孔微球分散液；

8、(2)光催化功能材料改性

9、取10质量份的zno/bi2sn2o7多孔微球分散液，超声处理0.5h；然后将1～5质量份的质量分数为0.2％的agno3水溶液加入到分散液中，置于暗箱搅拌3～5h；过滤、干燥后经300～500℃煅烧处理，获得ag@zno/bi2sn2o7复合材料；

10、(3)光催化涂覆材料制备

11、取2～5质量份的ag@zno/bi2sn2o7复合材料和10～15质量份的去离子水，混合后进行研磨，获得ag@zno/bi2sn2o7浆料；

12、在浆料中加入15～20质量份乳液、60～80质量份去离子水，用搅拌机混合1～3h；然后加入0.05～0.3质量份byk-349流平剂、0.2～0.5质量份气相sio2，继续搅拌2h后，获得ag@zno/bi2sn2o7光催化涂覆材料。

13、作为本发明的优选方案，步骤(1)中所述纳米zno的平均粒径为5～20nm。

14、作为本发明的优选方案，步骤(1)中所述铋盐是硝酸铋、硫酸铋、乙酸铋中的至少一种。

15、作为本发明的优选方案，步骤(1)中通过添加naoh溶液来调整混合液的ph值。

16、作为本发明的优选方案，步骤(1)中进行水热反应时，控制反应釜的填充率为80～90％，反应温度为140～180℃，反应时间为12～36h。

17、作为本发明的优选方案，步骤(2)所述干燥温度为70℃，煅烧的保温时长为1～5h。

18、作为本发明的优选方案，步骤(3)中采用砂磨机进行研磨，控制砂磨机腔体温度3～6℃，研磨时长15～60min。

19、作为本发明的优选方案，步骤(3)中所述乳液是苯丙乳液、硅丙乳液、纯丙乳液中的一种。

20、本发明的实现原理：

21、1、本发明在制备ag@zno/bi2sn2o7复合材料时，利用多孔微球状的zno/bi2sn2o7的毛细管效应和聚乙烯吡咯烷酮对银离子的络合作用，来增强对银离子的吸附作用，提高纳米银的负载量和负载均匀性。然后再经煅烧处理去除聚乙烯吡咯烷酮，以进一步提高微球结构的多孔性。

22、2、本发明利用纳米银颗粒表面的等离子体共振效应，赋予zno对可见光的响应能力；并通过纳米银对光生载流子迁移的桥梁作用，将zno/bi2sn2o7异质结构型从传统ii型转变为z型；能够使bi2sn2o7导带上的光生电子和zno价带上的光生空穴停留在原来的位置，保持较高的氧化还原能力。

23、3、本发明利用乳液作为成膜材料，将多孔微球聚集体负载到乳液膜表面制备岛状光催化膜材料，从而解决了光催化剂因被成膜材料包覆而导致的性能衰减问题。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、1、本发明制备的ag@zno/bi2sn2o7复合材料能够显著提升光催化材料的氧化还原活性，增强了对有机污染物的可见光催化分解能力。

26、2、本发明制备的ag@zno/bi2sn2o7光催化涂覆材料能够在基体表面形成光催化岛状膜，有利于光催化功能的发挥，实现治理挥发性空气污染物的目的。

技术特征：

1.一种用于治理挥发性空气污染物的光催化涂覆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述纳米zno的平均粒径为5～20nm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述铋盐是硝酸铋、硫酸铋、乙酸铋中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中通过添加naoh溶液来调整混合液的ph值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中进行水热反应时，控制反应釜的填充率为80～90％，反应温度为140～180℃，反应时间为12～36h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥温度为70℃，煅烧的保温时长为1～5h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中采用砂磨机进行研磨，控制砂磨机腔体温度3～6℃，研磨时长15～60min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述乳液是苯丙乳液、硅丙乳液、纯丙乳液中的一种。

技术总结
本发明涉及光催化材料制备技术，旨在提供一种用于治理挥发性空气污染物的光催化涂覆材料的制备方法。包括：将SnCl<subgt;4</subgt;水溶液加入铋盐水溶液中，然后加入纳米ZnO分散液，调整混合液pH值至14；进行水热反应，反应产物经离心洗涤后分散，获得多孔微球分散液；加入AgNO<subgt;3</subgt;水溶液置于暗箱搅拌；过滤、干燥后经煅烧处理，获得Ag@ZnO/Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;复合材料；加入去离子水进行研磨，获得Ag@ZnO/Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;浆料；加入乳液、去离子水、流平剂、气相SiO<subgt;2</subgt;，继续搅拌后，获得Ag@ZnO/Bi<subgt;2</subgt;Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;光催化涂覆材料。本发明制备的复合材料能够显著提升光催化材料的氧化还原活性，增强了对有机污染物的可见光催化分解能力；能够在基体表面形成光催化岛状膜，有利于光催化功能的发挥，实现治理挥发性空气污染物的目的。

技术研发人员：申乾宏,江李贝,刘杰,李跃,盛建松,方钦进,杨辉
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12