專利名稱：基于可見光的高活性空氣凈化劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護領域中室內空氣及大氣凈化的凈化劑及制備方 法，具體涉及一種基于可見光的高活性空氣凈化劑及其制備方法。
背景技術：
進入21世紀后，環(huán)境污染的控制和治理是人類社會面臨和亟待解決 的重大課題，而納米技術的高速發(fā)展，為納米光催化技術的應用提供了 極好的機遇。在眾多環(huán)境污染治理技術中，以半導體氧化物為催化劑的 多相光催化反應過程以其在室溫、深度反應、可直接利用太陽光作為光 源來活化催化劑及驅動氧化還原反應等獨特性能而成為一種理想的環(huán)境 污染治理技術。
光催化技術利用具有光催化活性的半導體材料在光照下激發(fā)出的電 子和空穴對參與光化學反應完成對有害氣體的降解。當Ti02半導體被以 波長 K385nm的光線照射時，價帶上的電子被激發(fā)躍遷至導帶，在價帶 上產生空穴(h+)，在導帶上產生電子(e—)，光生空穴具有很強的氧化性，可 把吸附于半導體顆粒表面的物質氧化成高價物質，而電子具有還原性，
4能夠把半導體表面吸附的電子受體還原。通常半導體粒子尺寸越小時，
電子與空穴遷移到表面的時間越小，復合的幾率越??；同時粒子尺寸越 小、比表面積越大，越有利于反應物的吸附，從而增大反應幾率。就光 催化反應來說，關鍵在于提高光催化反應的活性和選擇性，提高光量子 產率，將其激發(fā)波長擴展到可見光區(qū)，提高光能利用率。隨著研究的深 入，化工載體的一些觀點也滲入到光催化氧化中，由于載體具有的強烈 吸附作用，可提高有機物污染物在催化劑表面的富集濃度，從而在載體/ 光催化劑界面附近創(chuàng)造一個局部污染物濃度較高的"小環(huán)境"，增大了污 染物與光催化劑的接觸幾率，使有機污染物的礦化速率得到提高。ATP 是一種具有鏈層狀結構的含水鎂鋁硅酸鹽礦物，它具有吸附性好、離子 交換能力強等特點，并且具有較大的內、外表面積。ATP的層鏈狀結構 可分為三層，上下兩層是硅氧四面體結構，中間是一層鎂氧八面體結構。 ATP內部層間的兩性作用力導致了層鏈間存在大于lnm的層間隙，通過 ATP較強的離子交換特性以及其它工藝手段，可制備出分子級復合凈化 劑。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于可見光的高活性空氣凈化劑及其 制備方法，采用該制備方法得到的凈化劑，安全可靠，能有效改善日益 惡化的室內外環(huán)境，減少疾病的發(fā)生，可廣泛應用于家居、餐飲、醫(yī)院 和辦公室等場所。
本發(fā)明的技術解決方案是該凈化劑包括ATP、 Sn02、 Ti02，是以ATP為基體層、Sn02為中間過渡層、Ti02為包覆層的層狀復合結構。
本發(fā)明的基于可見光的高活性空氣凈化劑的制備方法，首先，凹凸 棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到凹凸棒石粘土粉體ATP;然 后，分別制備Sn02及Ti02溶膠；其次，ATP與Sn02進行復合，得到ATP/Sn02 單一復合體；最后，再將ATP/Sn02單一復合體與Ti02進行二次復合，得 高活性的ATP/SnO/Ti02納米復合凈化劑。
本發(fā)明的基于可見光的高活性空氣凈化劑的制備方法中，包括以下 具體步驟
(1)凹凸棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到凹凸棒石粘土 粉體；
(2) Sn02溶膠的制備將SnCl2 2H20以質量比1: 3.5溶于無水乙 醇中，超聲振蕩得無色透明溶液；再加入丙三醇，丙三醇與氯化錫的質 量比為l: 50，超聲振蕩15min，水浴80-90"C回流濃縮1 h，溶液顏色 變?yōu)榈S；將此淡黃色溶液置于飽和水蒸汽下5天，使其發(fā)生水解與聚 合反應；再于40'C水浴下陳化12h，制得桔黃色透明Sn02溶膠；
(3) Ti02溶膠的制備將鈦酸丁酯以體積比l: 10攪拌下滴入無水乙 醇中，再加入二乙醇胺，二乙醇胺與鈦酸丁酯的體積比為1: 8，超聲振 蕩30 min;將此溶液密閉保存3天后，加入1/2溶液體積的95 %質量濃 度的含水酒精，再密閉保存進行成膠化2天，制得均勻透明的Ti02溶膠;
(4) 將ATP粉體以質量比1: 4加入到95%質量濃度的含水酒精中， 超聲振蕩15min進行充分潤濕，離心機中離心后靜置lh,濾去上層液體得充分潤濕的ATP;
(5) 將充分潤濕后的ATP加入到Sn02溶膠中，超聲振蕩30min，陳 化6h后離心脫去多余的溶膠，50。C干燥12h，在350-450。C下煅燒lh, 煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02單一復合體，單一復合體粒度小于800 目；
(6) 將ATP/Sn02單一復合體加入到Ti02溶膠中，超聲振蕩30min， 陳化12h后離心脫去多余的溶膠，5(TC干燥6h，在350-450'C下煅燒lh， 煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02/Ti02二次復合體，即高活性空氣凈化 劑。
本發(fā)明取得的技術進步是1、由于ATP較強的吸附能力，可以在復 合凈化劑界面附近創(chuàng)造一個局部污染物濃度較高的"小環(huán)境"，增大污染 物與光凈化劑的接觸幾率，從而提高有機污染物的催化分解速率；2、由 于復合了 Sn02中間層，有利于實現(xiàn)在Sn02/Ti02界面處電子從Ti02向 Sn02發(fā)生的有效轉移；3、該高活性空氣凈化劑不含有機溶劑，對環(huán)境 無污染，對人體安全、無毒害作用；4、該高活性空氣凈化劑可基于可見 光下直接使用，無需提供特定波長的紫外光，且催化降解效率較高；5、 該高活性空氣凈化劑對于低污染濃度的空氣凈化，顯示出優(yōu)越的凈化效 果，而一般產品難以實現(xiàn)低濃度下的有機污染物的催化分解。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是本 發(fā)明只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的技術人員可以根據上述內容作出一些非本質的改進和調
實例l:首先，將凹凸棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到 ATP粉體；然后，將11.2816 gSnCl2'2H20溶于50 ml無水乙醇中，超 聲振蕩后得無色透明溶液，再加入0.18ml丙三醇，超聲振蕩15min，此 溶液水溶80'C回流濃縮lh，溶液顏色變?yōu)榈S，淡黃色溶液置于飽和水 蒸汽下5天，使其發(fā)生水解與聚合反應，再于4(TC水浴下陳化12h,制 得桔黃色透明Sn02溶膠；接著，將8 ml鈦酸丁酯攪拌下滴入80 ml無水 乙醇中，再加入lml二乙醇胺，超聲振蕩30min，將此溶液密閉保存3 天后，加入95 %質量濃度的含水酒精40 ml，再密閉保存進行成膠化2 天，制得均勻透明的Ti02溶膠；其次，將10g的ATP粉體加入到50ml 的95%質量濃度的含水酒精中，超聲振蕩15min，進行充分潤濕，離心 機離心后靜置lh，濾去上層液體；最后，將充分潤濕后的ATP，加入到 Sn02溶膠中，超聲振蕩30min，陳化6h后離心脫去多余的溶膠，50'C干 燥12h，在35(TC下煅燒lh，煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02單一復合 體，粒度小于800目，ATP/ Sn02單一復合體加入到Ti02溶膠中，超聲 振蕩30min，陳化12h后離心脫去多余的溶膠，50。C干燥6h，在350°C 下煅燒lh,煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02/Ti02二次復合體，即高活 性空氣凈化劑。檢測結果表明，該法獲得的空氣凈化劑24h甲醛去除率 為78.7% (測試溫度20。C,濕度48%)。
實例2:首先，將凹凸棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到ATP粉體；然后，將11.2816 gSnCl2'2H20溶于50 ml無水乙醇中，超 聲振蕩后得無色透明溶液，再加入0.18ml丙三醇，超聲振蕩15min，水 溶85'C回流濃縮lh，溶液顏色變?yōu)榈S，淡黃色溶液置于飽和水蒸汽下 5天，使其發(fā)生水解與聚合反應，再于4(TC水浴下陳化12 h，制得桔黃 色透明Sn02溶膠；接著，將8 ml鈦酸丁酯攪拌下滴入80 ml無水乙醇中， 再加入lml二乙醇胺，超聲振蕩30min，將此溶液密閉保存3天后，加 入95 %質量濃度的含水酒精40 ml,再密閉保存進行成膠化2天，制得 均勻透明的Ti02溶膠；其次，將10g的ATP粉體加入到50ml的95 %質 量濃度的含水酒精中，超聲振蕩15 min，進行充分潤濕，離心機離心后 靜置lh，濾去上層液體；最后，將充分潤濕后的ATP加入到Sn02溶膠 中，超聲振蕩30min，陳化6h后離心脫去多余的溶膠，5(TC干燥12h， 在40(TC下煅燒lh，煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02單一復合體，粒度 小于800目，ATP/ Sn02單一復合體加入到1102溶膠中，超聲振蕩30 min， 陳化12h后離心脫去多余的溶膠，5(TC干燥6h，在40(TC下煅燒lh,煅 燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02/Ti02二次復合體，即高活性空氣凈化劑。 檢測結果表明，該法獲得的空氣凈化劑24h甲醛去除率為93.4% (測試 溫度20。C，濕度48%)。
實例3:首先，將凹凸棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到 ATP粉體；然后，將11.2816 gSnCl2.2H20溶于50 ml無水乙醇中，超 聲振蕩后得無色透明溶液，再加入0.18ml丙三醇，超聲振蕩15min，水 溶卯。C回流濃縮lh，溶液顏色變?yōu)榈S，淡黃色溶液置于飽和水蒸汽下5天，使其發(fā)生水解與聚合反應，再于40'C水浴下陳化12 h，制得桔黃 色透明Sn02溶膠；接著，將8 ml鈦酸丁酯攪拌下滴入80 ml無水乙醇中， 再加入lml二乙醇胺，超聲振蕩30min，將此溶液密閉保存3天后，加 入95 %質量濃度的含水酒精40 ml，再密閉保存進行成膠化2天，制得 均勻透明的Ti02溶膠；其次，將10g的ATP粉體加入到50ml的95 %質 量濃度的含水酒精中，超聲振蕩15 min，進行充分潤濕，離心機離心后 靜置lh，濾去上層液體；最后，將充分潤濕后的ATP加入到Sn02溶膠 中，超聲振蕩30min，陳化6h后離心脫去多余的溶膠，5(TC干燥12h， 在450'C下煅燒lh，煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02單一復合體，粒度 小于800目，ATP/ Sn02單一復合體加入到1102溶膠中，超聲振蕩30 min， 陳化12h后離心脫去多余的溶膠，5(TC干燥6h，在45(TC下煅燒lh，煅 燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02/Ti02二次復合體，即高活性空氣凈化劑。 檢測結果表明，該法獲得的空氣凈化劑24h甲醛去除率為83.1% (測試 溫度20。C,濕度48%)。
權利要求
1、基于可見光的高活性空氣凈化劑，其特征在于該凈化劑包括ATP、SnO2、TiO2，是以ATP為基體層、SnO2為中間過渡層、TiO2為包覆層的層狀復合結構。
2、 一種基于可見光的高活性空氣凈化劑的制備方法，其特征在 于首先，凹凸棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到凹凸棒 石粘土粉體ATP;然后，分別制備Sn02及Ti02溶膠；其次，ATP與 Sn02進行復合，得到ATP/Sn02單一復合體；最后，再將ATP/Sn02 單一復合體與Ti02進行二次復合，得高活性的ATP/Sn(VTi02納米復 合凈化劑。
3、 如權利要求2所述的一種基于可見光的高活性空氣凈化劑的 制備方法，其特征在于該方法包括以下具體步驟(1)凹凸棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到凹凸棒石 粘土粉體ATP;(2) Sn02溶膠的制備將SnCl2 2H20以質量比1: 3.5溶于無 水乙醇中，超聲振蕩得無色透明溶液；再加入丙三醇，丙三醇與氯化 錫的質量比為1: 50，超聲振蕩15 min，水浴80 卯'C回流濃縮1 h， 溶液顏色變?yōu)榈S；將此淡黃色溶液置于飽和水蒸汽下5天，使其發(fā) 生水解與聚合反應；再于4(TC水浴下陳化12 h,制得桔黃色透明Sn02 溶膠；(3) Ti02溶膠的制備將鈦酸丁酯以體積比l: IO攪拌下滴入無 水乙醇中；再加入二乙醇胺，二乙醇胺與鈦酸丁酯的體積比為1: 8， 超聲振蕩30 min;將此溶液密閉保存3天后，加入1/2溶液體積的95 %質量濃度的含水酒精，再密閉保存進行成膠化2天，制得均勻透明 的Ti(V溶膠；(4) 將ATP粉體以質量比1: 4加入到95 %質量濃度的含水酒精 中，超聲振蕩15min進行充分潤濕，離心機中離心后靜置lh，濾去 上層液體得充分潤濕的ATP;(5) 將充分潤濕后的ATP加入到Sn02溶膠中，超聲振蕩30 min， 陳化6h后離心脫去多余的溶膠，5(TC干燥12h，在350-45(TC下煅燒 lh，煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02單一復合體，單一復合體粒度 小于800目；(6) 將ATP/ Sn02單一復合體加入到Ti02溶膠中，超聲振蕩30 min，陳化12h后離心脫去多余的溶膠，50。C干燥6h，在350-450。C 下煅燒lh，煅燒后經球磨、過篩得ATP/Sn02/Ti02二次復合體，即高活性空氣凈化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于可見光的高活性空氣凈化劑及其制備方法，該凈化劑包括ATP、SnO<sub>2</sub>、TiO<sub>2</sub>，是以ATP為基體層、SnO<sub>2</sub>為中間過渡層、TiO<sub>2</sub>為包覆層的層狀復合結構；制備方法為首先，凹凸棒石粘土礦物經選礦、粉碎、過篩、提純得到凹凸棒石粘土粉體ATP；然后，分別制備SnO<sub>2</sub>及TiO<sub>2</sub>溶膠；其次，ATP與SnO<sub>2</sub>進行復合，得到ATP/SnO<sub>2</sub>單一復合體；最后，再將ATP/SnO<sub>2</sub>單一復合體與TiO<sub>2</sub>進行二次復合，得高活性的ATP/SnO<sub>2</sub>/TiO<sub>2</sub>納米復合凈化劑。本發(fā)明得到的凈化劑安全可靠，能有效改善日益惡化的室內外環(huán)境，減少疾病的發(fā)生，可廣泛應用于家居、餐飲、醫(yī)院和辦公室等場所。
文檔編號B01J21/06GK101497039SQ20091002918
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權日2009年1月16日
發(fā)明者丁紅燕, 劉月云, 劉愛輝, 周廣宏, 林岳賓, 躍 章 申請人:淮陰工學院