本發(fā)明涉及一種在室溫條件下光催化分解甲醛的催化劑及其制備方法，屬于室內(nèi)空氣凈化治理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著社會(huì)文明和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)自己的居住和工作環(huán)境要求越來越高，但與此同時(shí)，工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得人們的周圍環(huán)境也變得越來越差。這種矛盾就產(chǎn)生了需求，其中，人們對(duì)良好的室內(nèi)環(huán)境的需求就導(dǎo)致了室內(nèi)空氣凈化技術(shù)及其產(chǎn)品的出現(xiàn)。室內(nèi)空氣污染物包括三個(gè)方面：第一類污染物是氣態(tài)污染物，氣態(tài)污染物包括有機(jī)氣態(tài)污染物和氨等異味氣體，其中典型的污染物是甲醛(hcho)，甲醛具有刺激性氣味且能夠致病和致癌，新裝修的住房和辦公場所等室內(nèi)環(huán)境中都會(huì)有較高濃度的甲醛，甲醛是目前室內(nèi)空氣凈化中關(guān)注范圍最廣的污染物；其它兩類污染物是以粉塵為代表的固態(tài)污染物和細(xì)菌等微生物。國內(nèi)外大量報(bào)導(dǎo)了光觸媒用于室溫光催化分解甲醛的研究，其中，二氧化鈦是研究得比較多的光催化劑，但是，研究人員發(fā)現(xiàn)單純的二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎r(shí)，對(duì)甲醛的光催化分解活性有限，而且使用一段時(shí)間后，其穩(wěn)定性也會(huì)下降，因此，以二氧化鈦為基礎(chǔ)進(jìn)行改性的光催化劑的研究近年來較多。有研究者發(fā)現(xiàn)過渡金屬鈮的氧化物對(duì)有機(jī)物分子的分解轉(zhuǎn)化具有很好的催化活性，尤其是甲醛等有機(jī)小分子，因此，五氧化二鈮被研究用于有機(jī)催化反應(yīng)，很多有機(jī)催化重整反應(yīng)中會(huì)使用五氧化二鈮作為助催化劑，五氧化二鈮的摻雜會(huì)明顯提升有機(jī)催化劑的活性。稀土元素用于提高光催化活性雖然也有報(bào)道，但是選取合適的稀土元素以及合理的工藝條件(特別是煅燒條件)，對(duì)獲得高活性晶型結(jié)構(gòu)的光催化材料及其重要。除了使用光催化劑催化分解甲醛等有機(jī)污染物之外，活性炭等吸附劑也被用來吸附甲醛，與光催化劑不同，活性炭等材料只是對(duì)有機(jī)分子具有很強(qiáng)的吸附能力，將有機(jī)分子吸附在孔道內(nèi)部，而并沒有分解或消除。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有的技術(shù)狀況，將稀土氧化物、二氧化鈦與五氧化二鈮復(fù)合在一起，通過制備工藝的調(diào)整以及三類物質(zhì)的相互作用，能夠形成均勻的摻雜體系，提高二氧化鈦的光催化活性，同時(shí)將活性組分負(fù)載在活性炭上，形成既具有吸附能力又具有催化活性，使得甲醛去除能力提高的光催化劑。一種室溫催化分解甲醛的光催化劑，其包括載體和活性組分，活性組分負(fù)載于載體上，所述的活性組分包括稀土氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦。稀土氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦三者能夠相互作用，相比與單獨(dú)使用其中一種物質(zhì)或者兩兩摻雜，1)三者的摻雜能高了體系的捕獲光生電子的能力；2)能夠有效抑制兩兩摻雜體制的復(fù)合湮滅；3)稀土氧化物能夠進(jìn)入二氧化鈦的晶格中，五氧化二鈮可以穩(wěn)定二氧化鈦復(fù)合稀土氧化物的晶格，這樣晶格可以穩(wěn)定在一定的膨脹狀態(tài)，抑制了二氧化鈦晶相的轉(zhuǎn)變和粒徑的增大，從而延長了光催化劑的催化壽命；4)三者的摻雜使得二氧化鈦晶格畸變，表面材料吸附的羥基增多，易于產(chǎn)生羥基自由基；且晶格氧易于脫離，形成氧空位；5)三者體系對(duì)甲醛具有極強(qiáng)的吸附能力，尤其稀土氧化物具有甲醛物質(zhì)的吸放能力。因此，三者體系相較于單獨(dú)使用其中一種物質(zhì)或者兩兩體系有更高的光催化效率和更長的壽命。進(jìn)一步地，本專利的載體為活性炭。活性炭可以有效吸附甲醛，通過與土氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦混合后形成的高密度的空穴中在紫外光源的條件下分解甲醛，從而進(jìn)一步提高了甲醛的分解能力。進(jìn)一步地，本專利的稀土氧化物為鑭、鐠、鉺的氧化物中的一種。相比與其他稀土氧化物，鑭、鐠、鉺的氧化物具有豐富的能級(jí)和電子躍遷特性，易產(chǎn)生多電子組態(tài)，并且晶型多、吸附選擇性強(qiáng)、電子型導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性能好，能夠有效提高五氧化二鈮和二氧化鈦的光催化活性和壽命。進(jìn)一步地，本專利的活性組分中稀土元素、鈦元素和鈮元素的摩爾比為1:(1～6):1，優(yōu)選的，本專利的稀土氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的重量之和占催化劑總重量的5％至25％。采用以上配比區(qū)間，能夠使得三者體系之間的協(xié)調(diào)效應(yīng)達(dá)到最佳，其光催化活性和壽命比較好。一種室溫催化分解甲醛的光催化劑的制備方法，其包括如下步驟：1)將稀土氧化物的前驅(qū)體、五氧化二鈮的前驅(qū)體和二氧化鈦的前驅(qū)體混合并溶解于水中，得到混合溶液；2)采用20％至30％的氨水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的ph值至9至11，混合溶液中形成沉淀物，過濾得泥狀沉淀物；3)將載體粉末和水混合并持續(xù)攪拌至泥膏狀，加入步驟2)所得到的泥狀沉淀物，持續(xù)混合攪拌，得到泥膏狀物料；4)將泥膏狀物料在室溫條件下密封陳腐，陳腐時(shí)間為12至24小時(shí)，陳腐后進(jìn)行在80至120攝氏度溫度下干燥12至24小時(shí)，得到固體物料；5)將固體物料進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為280至500攝氏度，煅燒時(shí)間為1至4小時(shí)，煅燒后自然冷卻至常溫，得碳化固體物料；6)將碳化固體物料研磨后篩分，得粉末物料；7)將粉末物料進(jìn)行活化，活化溫度為100至200攝氏度，活化時(shí)間為12至24小時(shí)，活化時(shí)保持惰性氣體對(duì)粉末物料的吹掃，活化后得到室溫催化分解甲醛的光催化劑。進(jìn)一步，本專利的稀土氧化物的前驅(qū)體包括如下所示化合物：鑭氧化物的前驅(qū)體包括硝酸鑭、醋酸鑭、硫酸鑭中的一種；鐠氧化物的前驅(qū)體包括硝酸鐠、醋酸鐠、硫酸鐠中的一種；鉺氧化物的前驅(qū)體包括硝酸鉺、醋酸鉺、硫酸鉺中的一種。進(jìn)一步，本專利的五氧化二鈮的前驅(qū)體為草酸鈮、氫氧化鈮或五氯化鈮中的一種。進(jìn)一步，本專利的二氧化鈦的前驅(qū)體為鈦酸四丁酯、硫酸氧鈦、四氯化鈦中的一種。進(jìn)一步，本專利的載體粉末為活性炭粉末，其由竹片、椰殼、木屑中的一種或多種經(jīng)碳化后粉碎所得。在本專利光催化劑體系的構(gòu)建中，通過選擇以上合適的稀土元素以及合理的工藝條件，尤其是混合的順序、煅燒條件、活化等步驟，能夠獲得具有高光催化活性晶型結(jié)構(gòu)的光催化材料。綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1)活性組分以稀土氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦復(fù)合在一起制備而成，稀土氧化物和五氧化二鈮的引入，使得二氧化鈦的光催化活性得以提高，相對(duì)于傳統(tǒng)的光催化劑單獨(dú)以二氧化鈦以及兩兩體系作為活性組分，本發(fā)明的三者體系光催化劑活性更高。2)以活性炭作為光催化劑的載體，將活性組分稀土氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的復(fù)合氧化物負(fù)載到活性炭上，活性炭和活性組分之間可以形成協(xié)同作用，并形成空穴效應(yīng)，活性炭對(duì)甲醛有很好的吸附作用，當(dāng)甲醛分子被吸附到活性炭表面時(shí)，就會(huì)被空穴中的活性組分催化分解掉，活性炭可以起到承載活性組分和吸附反應(yīng)物的雙重作用。具體實(shí)施方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式詳予說明。實(shí)施例1：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑，其包括活性炭和活性組分，活性組分負(fù)載于活性炭上，所述的活性組分包括鐠氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦，活性組分中鐠元素、鈦元素和鈮元素的摩爾比為1:1:1。鐠氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的重量之和占催化劑總重量的25％。實(shí)施例2：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑，其包括活性炭和活性組分，活性組分負(fù)載于活性炭上，所述的活性組分包括鑭氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦，活性組分中鑭元素、鈦元素和鈮元素的摩爾比為1:6:1。鑭氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的重量之和占催化劑總重量的5％。實(shí)施例3：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑，其包括活性炭和活性組分，活性組分負(fù)載于活性炭上，所述的活性組分包括鉺氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦，活性組分中鉺元素、鈦元素和鈮元素的摩爾比為1:3:1。鉺氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的重量之和占催化劑總重量的20％。實(shí)施例4：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑，其包括活性炭和活性組分，活性組分負(fù)載于活性炭上，所述的活性組分包括鐠氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦，活性組分中鐠元素、鈦元素和鈮元素的摩爾比為1:2:1。鐠氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的重量之和占催化劑總重量的10％。實(shí)施例5：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑，其包括活性炭和活性組分，活性組分負(fù)載于活性炭上，所述的活性組分包括鑭氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦，活性組分中鑭元素、鈦元素和鈮元素的摩爾比為1:4:1。鑭氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的重量之和占催化劑總重量的15％。實(shí)施例6：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑，其包括活性炭和活性組分，活性組分負(fù)載于活性炭上，所述的活性組分包括鉺氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦，活性組分中鉺元素、鈦元素和鈮元素的摩爾比為1:5:1。鉺氧化物、五氧化二鈮和二氧化鈦的重量之和占催化劑總重量的18％。制備例1：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑的制備方法，其包括如下步驟：1)將硝酸鑭、草酸鈮、和鈦酸四丁酯混合并溶解于水中，得到混合溶液；2)采用20％的氨水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的ph值至9，混合溶液中形成沉淀物，過濾得泥狀沉淀物；3)將載體粉末和水混合并持續(xù)攪拌至泥膏狀，加入步驟2)所得到的泥狀沉淀物，持續(xù)混合攪拌，得到泥膏狀物料；4)將泥膏狀物料在室溫條件下密封陳腐，陳腐時(shí)間為12小時(shí)，陳腐后進(jìn)行在80攝氏度溫度下干燥12小時(shí)，得到固體物料；5)將固體物料進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為280攝氏度，煅燒時(shí)間為1小時(shí)，煅燒后自然冷卻至常溫，得碳化固體物料；6)將碳化固體物料研磨后篩分，得粉末物料；7)將粉末物料進(jìn)行活化，活化溫度為100攝氏度，活化時(shí)間為12小時(shí)，活化時(shí)保持惰性氣體對(duì)粉末物料的吹掃，活化后得到室溫催化分解甲醛的光催化劑。載體粉末為活性炭粉末，其由竹片經(jīng)碳化后粉碎所得。制備例2：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑的制備方法，其包括如下步驟：1)將醋酸鐠、氫氧化鈮、和硫酸氧鈦混合并溶解于水中，得到混合溶液；2)采用30％的氨水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的ph值至11，混合溶液中形成沉淀物，過濾得泥狀沉淀物；3)將載體粉末和水混合并持續(xù)攪拌至泥膏狀，加入步驟2)所得到的泥狀沉淀物，持續(xù)混合攪拌，得到泥膏狀物料；4)將泥膏狀物料在室溫條件下密封陳腐，陳腐時(shí)間為24小時(shí)，陳腐后進(jìn)行在120攝氏度溫度下干燥24小時(shí)，得到固體物料；5)將固體物料進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為500攝氏度，煅燒時(shí)間為4小時(shí)，煅燒后自然冷卻至常溫，得碳化固體物料；6)將碳化固體物料研磨后篩分，得粉末物料；7)將粉末物料進(jìn)行活化，活化溫度為200攝氏度，活化時(shí)間為24小時(shí)，活化時(shí)保持惰性氣體對(duì)粉末物料的吹掃，活化后得到室溫催化分解甲醛的光催化劑。載體粉末為活性炭粉末，其由椰殼經(jīng)碳化后粉碎所得。制備例3：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑的制備方法，其包括如下步驟：1)將硝酸鉺、五氯化鈮、和四氯化鈦混合并溶解于水中，得到混合溶液；2)采用25％的氨水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的ph值至10，混合溶液中形成沉淀物，過濾得泥狀沉淀物；3)將載體粉末和水混合并持續(xù)攪拌至泥膏狀，加入步驟2)所得到的泥狀沉淀物，持續(xù)混合攪拌，得到泥膏狀物料；4)將泥膏狀物料在室溫條件下密封陳腐，陳腐時(shí)間為18小時(shí)，陳腐后進(jìn)行在100攝氏度溫度下干燥18小時(shí)，得到固體物料；5)將固體物料進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為400攝氏度，煅燒時(shí)間為3小時(shí)，煅燒后自然冷卻至常溫，得碳化固體物料；6)將碳化固體物料研磨后篩分，得粉末物料；7)將粉末物料進(jìn)行活化，活化溫度為150攝氏度，活化時(shí)間為18小時(shí)，活化時(shí)保持惰性氣體對(duì)粉末物料的吹掃，活化后得到室溫催化分解甲醛的光催化劑。載體粉末為活性炭粉末，其由木屑經(jīng)碳化后粉碎所得。制備例4：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑的制備方法，其包括如下步驟：1)將醋酸鑭、氫氧化鈮、四氯化鈦混合并溶解于水中，得到混合溶液；2)采用23％的氨水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的ph值至9，混合溶液中形成沉淀物，過濾得泥狀沉淀物；3)將載體粉末和水混合并持續(xù)攪拌至泥膏狀，加入步驟2)所得到的泥狀沉淀物，持續(xù)混合攪拌，得到泥膏狀物料；4)將泥膏狀物料在室溫條件下密封陳腐，陳腐時(shí)間為13小時(shí)，陳腐后進(jìn)行在90攝氏度溫度下干燥15小時(shí)，得到固體物料；5)將固體物料進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為450攝氏度，煅燒時(shí)間為2小時(shí)，煅燒后自然冷卻至常溫，得碳化固體物料；6)將碳化固體物料研磨后篩分，得粉末物料；7)將粉末物料進(jìn)行活化，活化溫度為120攝氏度，活化時(shí)間為20小時(shí)，活化時(shí)保持惰性氣體對(duì)粉末物料的吹掃，活化后得到室溫催化分解甲醛的光催化劑。載體粉末為活性炭粉末，其由竹片經(jīng)碳化后粉碎所得。制備例5：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑的制備方法，其包括如下步驟：1)將醋酸鐠、氫氧化鈮、四氯化鈦混合并溶解于水中，得到混合溶液；2)采用28％的氨水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的ph值至11，混合溶液中形成沉淀物，過濾得泥狀沉淀物；3)將載體粉末和水混合并持續(xù)攪拌至泥膏狀，加入步驟2)所得到的泥狀沉淀物，持續(xù)混合攪拌，得到泥膏狀物料；4)將泥膏狀物料在室溫條件下密封陳腐，陳腐時(shí)間為22小時(shí)，陳腐后進(jìn)行在110攝氏度溫度下干燥16小時(shí)，得到固體物料；5)將固體物料進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為380攝氏度，煅燒時(shí)間為3.5小時(shí)，煅燒后自然冷卻至常溫，得碳化固體物料；6)將碳化固體物料研磨后篩分，得粉末物料；7)將粉末物料進(jìn)行活化，活化溫度為160攝氏度，活化時(shí)間為22小時(shí)，活化時(shí)保持惰性氣體對(duì)粉末物料的吹掃，活化后得到室溫催化分解甲醛的光催化劑。載體粉末為活性炭粉末，其由椰殼經(jīng)碳化后粉碎所得。制備例6：一種室溫催化分解甲醛的光催化劑的制備方法，其包括如下步驟：1)將硫酸鉺、五氯化鈮、四氯化鈦混合并溶解于水中，得到混合溶液；2)采用23％的氨水溶液調(diào)節(jié)混合溶液的ph值至9，混合溶液中形成沉淀物，過濾得泥狀沉淀物；3)將載體粉末和水混合并持續(xù)攪拌至泥膏狀，加入步驟2)所得到的泥狀沉淀物，持續(xù)混合攪拌，得到泥膏狀物料；4)將泥膏狀物料在室溫條件下密封陳腐，陳腐時(shí)間為23小時(shí)，陳腐后進(jìn)行在90攝氏度溫度下干燥16小時(shí)，得到固體物料；5)將固體物料進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為490攝氏度，煅燒時(shí)間為2.5小時(shí)，煅燒后自然冷卻至常溫，得碳化固體物料；6)將碳化固體物料研磨后篩分，得粉末物料；7)將粉末物料進(jìn)行活化，活化溫度為160攝氏度，活化時(shí)間為17小時(shí)，活化時(shí)保持惰性氣體對(duì)粉末物料的吹掃，活化后得到室溫催化分解甲醛的光催化劑。載體粉末為活性炭粉末，其由椰殼經(jīng)碳化后粉碎所得。試驗(yàn)例：參考《室內(nèi)污染物甲醛的光催化去除實(shí)驗(yàn)》，《城市環(huán)境與城市生態(tài)》2006年第3期，李文彩等著，構(gòu)建室內(nèi)污染物甲醛的光催化去除實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測得各實(shí)施例甲醛1小時(shí)凈化率，見下表1：表1各實(shí)施例甲醛1小時(shí)凈化率實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例31小時(shí)凈化率76.8％88.3％85.4％實(shí)施例5實(shí)施例6實(shí)施例31小時(shí)凈化率80.3％83.2％78.9％以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，凡是利用本發(fā)明說明書所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12