氧化锌/氧化钛复合光催化剂及其制备方法和在光照降解硫化氢中的应用

本发明属于光催化降解污染物，具体涉及一种氧化锌/氧化钛（zno/tio2）复合光催化剂及其制备方法和在光照条件下降解恶臭味有毒气体硫化氢中的应用。

背景技术：

1、硫化氢是典型的含硫无机恶臭气体污染物，是许多生产过程中释放的副产品，如酸性气体燃烧、石油炼制、造纸或废水处理等。低浓度的硫化氢可使人流泪、恶心、头痛、胸闷等，高浓度则会使人昏迷、呼吸衰竭甚至导致死亡。同时硫化氢会严重腐蚀制造设施的金属部件，对工业生产造成较大影响。此外h2s在大气中还可以转化为sox等污染物质，h2s和sox会导致酸雨等极端天气的出现，造成生态环境的恶化。硫化氢不仅会腐蚀设备和管路、造成环境污染而且会严重威胁人身安全。h2s具有很强的毒性，几乎与氰化氢同样剧毒，是一氧化碳毒性的数倍。并且h2s分布广泛，常见的工作和生活场景中都有它的身影存在，长期工作生活在h2s存在的环境中会对人体造成不可逆的身体损伤，因此如何有效清除硫化氢是一个急需解决的问题。

2、传统的处理恶臭气体硫化氢的方法都有一定的限性，近年来很多新的除臭方式应运而生，其中光催化降解硫化氢具有处理效率高、反应条件温和、无二次污染等优点，因此受到越来越多的关注。tio2由于具有高化学稳定性、低毒性和低成本等优点，已在诸多领域得到广泛应用，特别是在光催化环境应用领域中的应用。然而，如何提高tio2的量子效率仍然是一个主要的挑战，因为大多数光形成的电子和空穴在没有参与氧化还原反应的情况下就进行了复合，这抑制了量子产率。在tio2中加入少量zno可以使tio2的粒径减小，zno的加入也抑制了tio2从锐钛矿向金红石的相变，从而提高了催化剂的热稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是将复合光催化剂zno/tio2固化在片状柔性多孔纤维棉上，运用紫外光光照的方法实现对恶臭味有毒气体硫化氢高效绿色的降解处理。本发明条件温和、催化材料片制备简单、处理性能优异，具有广泛的实用价值和应用研究前景。

2、为实现上述发明目的，本发明是通过如下技术方案实施的：

3、一种复合光催化剂zno/tio2的合成，以及此材料在光照下的条件下降解恶臭味有毒气体硫化氢的方法：将复合光催化剂zno/tio2固化在多孔纤维载体上并放置于内含紫外灯管的净化器装置中，再将净化器装置放置于3m3的密闭环境评价舱内。待环境评价舱恒温恒湿后将硫化氢通入舱内，然后开启净化器装置对硫化氢进行降解。

4、更为具体的：

5、一种复合光催化剂zno/tio2的合成，以及此材料在光照下的条件下降解恶臭味有毒气体硫化氢的方法，具体步骤为：

6、（1）复合光催化剂zno/tio2的制备

7、利用钛酸四丁酯和乙酸锌为前驱体，通过溶液-凝胶法制备zno/tio2光催化剂。首先量取一定量的乙醇，再加入适量的钛酸四丁酯和乙酸锌(zno与tio2的质量比为5~20%)，记为溶液a；将去离子水、无水乙醇和冰醋酸按体积比为3：20：1搅拌混合得到溶液b。将溶液b在冰水浴中不断搅拌，待烧杯中溶液温度降至0℃，缓慢滴入溶液a，搅拌至溶胶形成，继续搅拌2h，然后将所得凝胶80-100℃烘箱干燥8-12 h，然后将干燥的样品研磨成粉末，在洁净的空气氛围中放在马弗炉中300-500℃煅烧6-8h，升温速率2-5℃/min。

8、（2）催化材料片的制备

9、将研磨至足够细的光催化剂zno/tio2与钛胶溶液以一定比例进行搅拌，取搅拌均匀的悬浊液于高压喷枪中汽化后，均匀喷涂在片状柔性多孔纤维棉表面。将喷涂后的柔性多孔纤维棉置于马弗炉中，然后以2-5℃/min的升温速率升温至300-500 ℃，保温8-12h。关闭马弗炉，待温度降低到室温时，取出催化材料片，放入干燥密封袋中备用。

10、（3）污染物的降解

11、将固化好的催化材料片放置于净化器装置中，然后将净化器装置放入3 m3的密闭环境评价舱内，待环境评价舱恒温恒湿后，将一定量的硫化氢通入舱内，打开评价舱内搅拌器将硫化氢均匀混合，通过硫化氢检测器观察室内硫化氢的浓度，当评价舱内的污染气体浓度稳定时，开启净化器装置对硫化氢进行降解。

12、本发明的优点在于：

13、1）本发明使用复合光催化剂zno/tio2，催化剂具有良好的光催化活性，绿色无污染；

14、2）本发明可在短时间内将恶臭味有毒气体硫化氢完全降解；

15、3）本发明采用紫外光光照，反应成本低，反应条件简单温和；

16、4）本发明催化材料片制作的工艺简单，操作方法简单易行，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种氧化锌/氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于：利用钛酸四丁酯和乙酸锌为前驱体，通过溶液-凝胶法制备zno/tio2复合光催化剂。

2.根据权利要求1所述的氧化锌/氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：取乙醇、钛酸四丁酯和乙酸锌混合得到溶液a，再将去离子水、无水乙醇和冰醋酸按体积比为3：20：1搅拌混合得到溶液b，在冰水浴下将溶液a滴加在溶液b中并搅拌至溶胶形成，然后将所得凝胶在80-100℃下干燥8-12 h，并研磨成粉末，最后在空气氛围中300-500℃煅烧6-8h，升温速率2-5℃/min，得到氧化锌/氧化钛复合光催化剂，即为zno/tio2复合光催化剂。

3.根据权利要求2所述的氧化锌/氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述复合光催化剂中氧化锌与氧化钛的质量比为5~20%。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的氧化锌/氧化钛复合光催化剂。

5.一种如权利要求4所述的氧化锌/氧化钛复合光催化剂在光照降解硫化氢中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：将氧化锌/氧化钛复合光催化剂固化在多孔纤维载体上，然后在光照射下，对硫化氢进行降解。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述氧化锌/氧化钛复合光催化剂固化在多孔纤维载体上的具体步骤如下：

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：使用钛胶溶液作为粘合剂，钛胶溶液和氧化锌/氧化钛复合光催化剂的质量比为160：1。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：光照的光源为紫外光。

技术总结
本发明公开了一种氧化锌/氧化钛（ZnO/TiO<subgt;2</subgt;）复合光催化剂及其制备方法和在光照条件下降解恶臭味有毒气体硫化氢的方法。催化剂固化的载体为柔性多孔纤维棉，光反应催化剂为高温煅烧处理后的复合ZnO/TiO<subgt;2</subgt;材料。在光催化实验中，将复合ZnO/TiO<subgt;2</subgt;材料固化在柔性多孔纤维棉上，在紫外光光照的条件下内可短时间内完全降解硫化氢且循环处理长时间不失效稳，并将硫化氢以矿化固定为硫酸根离子的方式清除。此光催化剂在各种需要降解硫化氢的空间中有着广阔的应用前景，该降解恶臭味有毒气体硫化氢的方法可带来巨大的潜在经济和社会效应。

技术研发人员：员汝胜,周鸿运,马雄风,蒋朋,王德顺,张绍辉,李铭铭,曹淑媛
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12