一种复合光触媒材料的制备方法及光触媒组件与流程

1.本发明涉及了光触媒材料技术领域，尤其涉及一种复合光触媒材料的制备方法及光触媒组件。


背景技术：

2.当今许多高楼大厦设置成封闭式建筑，使得高楼大厦因为没有窗户可开启而无法让户外空气流入大厦内部来以增加空气流动，因此高楼大厦都会设置中央空调系统来改善大厦内部的空气质量以及增加大厦内部的空气流动，但是，中央空调系统长期使用下会推积灰尘与尘螨，使得中央空调系统在运转过程时会不断地会将灰尘与尘螨循环于大厦内部，进而使大厦内部的空气质量越来越遭，致使容易影响人体的身体健康。
3.应用二氧化钛光催化材料的焦点问题集中在如何提高纳米二氧化钛的光催化效率以及催化剂固定化。影响二氧化钛光催化效率的因素主要包括：(1)二氧化钛光触媒材料的晶型，(2)光触媒材料的表面特性，(3)光触媒材料的晶粒尺寸。现有方法制备纳米二氧化钛光催化剂的主要技术包括：水热法，溶胶-凝胶法，电化学阳极氧化法，气相法。应用上述制备方法，得到了纳米颗粒、纳米线、纳米管和纳米薄膜结构的纳米二氧化钛光催化材料，这些工作为深入研究纳米二氧化钛的催化机理提供了可能，并表明纳米二氧化钛光触媒具有诸多优点：成本低、无毒害、极大比表面、可掺杂、可敏化、稳定性好且催化机理研究深入，是目前应用最广泛的光触媒材料。
4.在现实应用中，遇到的一个最大问题就是光触媒的负载问题。因为即便是纳米二氧化钛光触媒有良好的光催化降解性能，如果在使用中不能保证其负载在需要的位置，而是随着处理过程不断流失，那么其使用效率将会不断降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种复合光触媒材料的制备方法及光触媒组件，能够提高光触媒的负载面积，优化对空气的处理效果。
6.本发明涉及的一种复合光触媒材料，所述复合光触媒材料包括:
7.载体，包括泡沫金属和有机硅；
8.光触媒，负载在所述载体上，所述泡沫金属为泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝合金、泡沫镍合金、泡沫铜合金中的一种或多种，所述有机硅，所述光触媒为tio2、zno、cds、wo3、fe2o3、pbs、sno2、zns、srtio3、sio2、mofs/tio2纳米复合材料中的一种或多种。
9.本发明还提供一种复合光触媒材料的制备方法，应用上述复合光触媒材料，包括以下步骤：
10.载体的制备；
11.有机硅的制备方法包括将超支化乙烯基聚碳硅烷与含巯基聚硅氧烷混合后，经uv固化10-60s，得到光学透明有机硅材料；
12.所述含巯基聚硅氧烷制备方法为：将含巯基的烷氧基硅烷与其他烷氧基硅烷、封
端剂六甲基二硅氧烷在有机溶剂中，在水和酸性催化剂催化下共水解-缩合后，水洗至中性，再减压脱除有机溶剂、残留原料和低分子产物后获得；
13.所述超支化乙烯基聚碳硅烷采用巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷制备的巯丙基三烯丙基硅烷经uv反应而得的不同代数的超支化乙烯基聚碳硅烷；
14.泡沫金属的制备包括以在粉末中加入发泡剂，烧结时发泡剂挥发，留下孔隙，用电化学沉积法可以制得规则形状孔隙、孔隙率高达95％的泡沫金属，所述发泡剂为nh4cl；
15.所述光触媒通过所述有机硅与泡沫金属相互黏附，获得复合光触媒材料，所述光触媒为mofs/tio2纳米复合材料。
16.本发明中的复合光触媒材料的制备方法还包括mofs/tio2纳米复合材料的制备，包括通过将有机配体、金属源、有机酸及tio2在有机溶液中分散、自组装、洗涤、浸泡及真空干燥的方法制备得到mofs/tio2光催化材料。
17.进一步地，mofs/tio2纳米复合材料的制备包括以下步骤：
18.(1)mofs的制备：0.05～0.3g金属源与0.08～0.2g的有机配体加入到50～70ml二甲基甲酰胺中，得到混合溶液a，室温下搅拌10～30min，再将有机酸溶液加入至混合溶液a中，混合搅拌10～30min，得到混合溶液b，将混合溶液b转移至聚四氟乙烯反应釜内胆中，再将聚四氟乙烯反应釜内胆放入高压反应釜中，水热反应12～48h，自然冷却后，再将沉淀物分别用二甲基甲酰胺和甲醇洗涤，甲醇浸泡及真空干燥，最终得到mofs；所述金属源包括四氯化锆、硝酸锆或硫酸锆；所述有机配体包括对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸或均苯三甲酸；所述有机酸为冰乙酸；
19.(2)mofs/tio2的制备：0.25～1gtio2分散到30～60ml有机溶剂中，室温下搅拌10～40min，得到混合溶液c，再将0.75～1g的mofs加至混合溶液c中，混合搅拌10～60min，得到混合溶液d，然后于室温下在通风厨中搅拌至有机溶剂挥发蒸干，最终得到mofs/tio2材料；所述有机溶剂为甲醇或丙酮；
20.步骤(1)中，所述室温下搅拌的温度为25～35℃，搅拌速率为15～25r/min；所述有机酸溶液的质量百分比浓度为40～80％；所述酸溶液的用量为1～4ml；所述水热反应温度为100～120℃；所述水热反应压力为0.1～0.3mpa；所述真空干燥温度为100～120℃，干燥时间为10～12h；
21.步骤(2)中，所述室温下搅拌的温度为25～35℃，搅拌速率为15～25r/mi n；所述tio2材料为商业光催化材料p25。
22.进一步地，所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、石油醚、四氢呋喃、醋酸丁酯中的一种或几种，使用量为原料总质量的0.5-4倍。
23.本发明还提供一种光触媒组件，包括上述复合光触媒材料，包括壳体和形成在壳体内的净化腔，所述壳体的至少一侧设置有透明板，所述透明板的内侧与复合光触媒材料中的泡沫金属连接，所述复合光触媒材料的光触媒位于所述净化腔内，所述净化腔包括至少一个用于引入待净化的空气的进气口和用于导出净化后的气体的出气口。
24.进一步地，所述壳体通过连接件连接有补光灯，所述连接件包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆可转动连接在所述壳体上表面，所述第二连接杆与所述第一连接杆垂直，所述第二连接杆的下端连接有照射方向朝向所述透明板的补光灯。
25.进一步地，所述第一连接杆与设置在所述壳体上表面中心位置的转动轴连接，所
述第一连接杆的长度为壳体总长度的0.6-0.8倍，所述第二连接杆可拆卸式与所述第一连接杆连接。
26.进一步地，所述进气口的气压大于所述出气口的气压，所述转动轴上连接有第一转动齿轮，所述第一转动齿轮连接有第二转动齿轮，所述第二转动齿轮与驱动电机连接，当环境光线不足时，所述驱动电机驱动第二转动齿轮转动，使得补光灯对准透明板，同时启动所述补光灯。
27.进一步地，所述进气口设置有第一空气传感器，所述出气口设置有第二空气传感器，所述第一空气传感器和所述第二空气传感器均与计算单元连接，所述计算单元用于计算第一空气传感器和所述第二空气传感器检测到的空气质量差值，当空气质量差值低于设定阈值或所述第二空气传感器检测的空气质量偏离正常空气质量时，发出报警信号。
28.本发明的有益之处在于：泡沫金属比表面积大，吸附力强，制备而成的载体能够附着更多的光触媒，从而能够延长光触媒的作用时间，并且采用透明的有机硅材料将光触媒与泡沫金属相互结合，能够显著提高光触媒与空气的接触面积，从而能够进一步提高光触媒与待处理的空气的接触面积，进而能够提高对空气的处理效果；
29.壳体通过连接件连接有补光灯，在环境光线不足时，通过驱动电机驱动第二转动齿轮转动，第二转动齿轮驱动第一转动齿轮转动，进而驱动第一连接杆转动，第一转动杆转动使得第二转动杆上的补光灯朝向透明板，对其进行补光。
30.为让本发明上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是泡沫金属的电镜效果图。
33.图2是光触媒的电镜效果图。
34.图3是cds、tio2和mofs/tio2纳米复合材料的紫外线-可见光漫反射图效果图。
35.图4光触媒组件的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明一较佳实施例中涉及的一种复合光触媒材料，所述复合光触媒材料包括:
38.载体，包括泡沫金属和有机硅；
39.光触媒，负载在所述载体上，所述泡沫金属为泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝合
金、泡沫镍合金、泡沫铜合金中的一种或多种，所述有机硅，所述光触媒为tio2、zno、cds、wo3、fe2o3、pbs、sno2、zns、srtio3、sio2、mofs/tio2纳米复合材料中的一种或多种。
40.本发明还提供一种复合光触媒材料的制备方法，应用上述复合光触媒材料，包括以下步骤：
41.载体的制备；
42.有机硅的制备方法包括将超支化乙烯基聚碳硅烷与含巯基聚硅氧烷混合后，经uv固化10-60s，得到光学透明有机硅材料；
43.所述含巯基聚硅氧烷制备方法为：将含巯基的烷氧基硅烷与其他烷氧基硅烷、封端剂六甲基二硅氧烷在有机溶剂中，在水和酸性催化剂催化下共水解-44.缩合后，水洗至中性，再减压脱除有机溶剂、残留原料和低分子产物后获得；
45.所述超支化乙烯基聚碳硅烷采用巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷制备的巯丙基三烯丙基硅烷经uv反应而得的不同代数的超支化乙烯基聚碳硅烷；
46.泡沫金属的制备包括以在粉末中加入发泡剂，烧结时发泡剂挥发，留下孔隙，用电化学沉积法可以制得规则形状孔隙、孔隙率高达95％的泡沫金属，所述发泡剂为nh4cl；
47.所述光触媒通过所述有机硅与泡沫金属相互黏附，获得复合光触媒材料，所述光触媒为mofs/tio2纳米复合材料。泡沫金属比表面积大，吸附力强，制备而成的载体能够附着更多的光触媒，从而能够延长光触媒的作用时间，并且采用透明的有机硅材料将光触媒与泡沫金属相互结合，能够显著提高光触媒与空气的接触面积，从而能够进一步提高光触媒与待处理的空气的接触面积，进而能够提高对空气的处理效果。
48.本发明中的复合光触媒材料的制备方法还包括mofs/tio2纳米复合材料的制备，包括通过将有机配体、金属源、有机酸及tio2在有机溶液中分散、自组装、洗涤、浸泡及真空干燥的方法制备得到mofs/tio2光催化材料。
49.进一步地，mofs/tio2纳米复合材料的制备包括以下步骤：
50.(1)mofs的制备：0.05～0.3g金属源与0.08～0.2g的有机配体加入到50
51.～70ml二甲基甲酰胺中，得到混合溶液a，室温下搅拌10～30min，再将有机酸溶液加入至混合溶液a中，混合搅拌10～30min，得到混合溶液b，将混合溶液b转移至聚四氟乙烯反应釜内胆中，再将聚四氟乙烯反应釜内胆放入高压反应釜中，水热反应12～48h，自然冷却后，再将沉淀物分别用二甲基甲酰胺和甲醇洗涤，甲醇浸泡及真空干燥，最终得到mofs；所述金属源包括四氯化锆、硝酸锆或硫酸锆；所述有机配体包括对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸或均苯三甲酸；所述有机酸为冰乙酸；
52.(2)mofs/tio2的制备：0.25～1gtio2分散到30～60ml有机溶剂中，室温下搅拌10～40min，得到混合溶液c，再将0.75～1g的mofs加至混合溶液c中，混合搅拌10～60min，得到混合溶液d，然后于室温下在通风厨中搅拌至有机溶剂挥发蒸干，最终得到mofs/tio2材料；所述有机溶剂为甲醇或丙酮；
53.步骤(1)中，所述室温下搅拌的温度为25～35℃，搅拌速率为15～25r/min；所述有机酸溶液的质量百分比浓度为40～80％；所述酸溶液的用量为1～4ml；所述水热反应温度为100～120℃；所述水热反应压力为0.1～0.3mpa；所述真空干燥温度为100～120℃，干燥时间为10～12h；
54.步骤(2)中，所述室温下搅拌的温度为25～35℃，搅拌速率为15～25r/mi n；所述
tio2材料为商业光催化材料p25。
55.进一步地，所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、石油醚、四氢呋喃、醋酸丁酯中的一种或几种，使用量为原料总质量的0.5-4倍。
56.本发明还提供一种光触媒组件，包括上述复合光触媒材料，包括壳体1和形成在壳体1内的净化腔2，所述壳体1的至少一侧设置有透明板12，所述透明板12的内侧与复合光触媒材料中的泡沫金属连接，所述复合光触媒材料的光触媒位于所述净化腔2内，所述净化腔2包括至少一个用于引入待净化的空气的进气口3和用于导出净化后的气体的出气口4。
57.在其中一种实施例中，所述壳体1通过连接件6连接有补光灯5，所述连接件6包括第一连接杆61和第二连接杆62，所述第一连接杆61可转动连接在所述壳体1上表面，所述第二连接杆62与所述第一连接杆61垂直，所述第二连接杆62的下端连接有照射方向朝向所述透明板12的补光灯。
58.在上述实施例中，所述第一连接杆61与设置在所述壳体1上表面中心位置的转动轴连接，所述第一连接杆61的长度为壳体总长度的0.6-0.8倍，所述第二连接杆可拆卸式与所述第一连接杆连接。在实际实施过程中，以第一连接杆61对壳体1无干涉来调节第一连接杆61的长度。
59.在其中一种实施例中，所述进气口3的气压大于所述出气口4的气压，所述转动轴上连接有第一转动齿轮611，所述第一转动齿轮611连接有第二转动齿轮612，所述第二转动齿轮612与驱动电机7连接，当环境光线不足时，所述驱动电机7驱动第二转动齿轮612转动，使得补光灯5对准透明板12，同时启动所述补光灯5。壳体1通过连接件6连接有补光灯，在环境光线不足时，通过驱动电机7驱动第二转动齿轮612转动，第二转动齿轮612驱动第一转动齿轮611转动，进而驱动第一连接杆61转动，第一转动杆61转动使得第二转动杆62上的补光灯5朝向透明板12，对其进行补光，提高光触媒的催化效率。
60.在上述实施例中，所述进气口3设置有第一空气传感器，所述出气口4设置有第二空气传感器，所述第一空气传感器和所述第二空气传感器均与计算单元连接，所述计算单元用于计算第一空气传感器和所述第二空气传感器检测到的空气质量差值，当空气质量差值低于设定阈值或所述第二空气传感器检测的空气质量偏离正常空气质量时，发出报警信号。
61.为了证明本技术制备而成的复合光触媒材料的催化效果，申请人分别采用cds、tio2和本技术中的mofs/tio2纳米复合材料作为催化剂，测试结果如图3所示，由图3可以明显看出，采用mofs/tio2作为光触媒的漫反射效果明显催化低于cds以及tio2，即采用本发明中制备的mofs/tio2作为光触媒能够获得更好的催化效果。
62.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种复合光触媒材料，其特征在于，所述复合光触媒材料包括:载体，包括泡沫金属和有机硅；光触媒，负载在所述载体上，所述泡沫金属为泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝合金、泡沫镍合金、泡沫铜合金中的一种或多种，所述有机硅，所述光触媒为tio2、zno、cds、wo3、fe2o3、pbs、sno2、zns、srtio3、sio2、mofs/tio2纳米复合材料中的一种或多种。2.一种复合光触媒材料的制备方法，应用于权利要求1所述的复合光触媒材料，其特征在于，包括以下步骤：载体的制备；有机硅的制备方法包括将超支化乙烯基聚碳硅烷与含巯基聚硅氧烷混合后，经uv固化10-60s，得到光学透明有机硅材料；所述含巯基聚硅氧烷制备方法为：将含巯基的烷氧基硅烷与其他烷氧基硅烷、封端剂六甲基二硅氧烷在有机溶剂中，在水和酸性催化剂催化下共水解-缩合后，水洗至中性，再减压脱除有机溶剂、残留原料和低分子产物后获得；所述超支化乙烯基聚碳硅烷采用巯丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷制备的巯丙基三烯丙基硅烷经uv反应而得的不同代数的超支化乙烯基聚碳硅烷；泡沫金属的制备包括以在粉末中加入发泡剂，烧结时发泡剂挥发，留下孔隙，用电化学沉积法可以制得规则形状孔隙、孔隙率高达95％的泡沫金属，所述发泡剂为nh4cl；所述光触媒通过所述有机硅与泡沫金属相互黏附，获得复合光触媒材料，所述光触媒为mofs/tio2纳米复合材料。3.根据权利要求2所述的复合光触媒材料的制备方法，其特征在于：还包括mofs/tio2纳米复合材料的制备，包括通过将有机配体、金属源、有机酸及tio2在有机溶液中分散、自组装、洗涤、浸泡及真空干燥的方法制备得到mofs/tio2光催化材料。4.根据权利要求3所述的复合光触媒材料的制备方法，其特征在于：mofs/tio2纳米复合材料的制备包括以下步骤：(1)mofs的制备：0.05～0.3g金属源与0.08～0.2g的有机配体加入到50～70ml二甲基甲酰胺中，得到混合溶液a，室温下搅拌10～30min，再将有机酸溶液加入至混合溶液a中，混合搅拌10～30min，得到混合溶液b，将混合溶液b转移至聚四氟乙烯反应釜内胆中，再将聚四氟乙烯反应釜内胆放入高压反应釜中，水热反应12～48h，自然冷却后，再将沉淀物分别用二甲基甲酰胺和甲醇洗涤，甲醇浸泡及真空干燥，最终得到mofs；所述金属源包括四氯化锆、硝酸锆或硫酸锆；所述有机配体包括对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸或均苯三甲酸；所述有机酸为冰乙酸；(2)mofs/tio2的制备：0.25～1gtio2分散到30～60ml有机溶剂中，室温下搅拌10～40min，得到混合溶液c，再将0.75～1g的mofs加至混合溶液c中，混合搅拌10～60min，得到混合溶液d，然后于室温下在通风厨中搅拌至有机溶剂挥发蒸干，最终得到mofs/tio2材料；所述有机溶剂为甲醇或丙酮；步骤(1)中，所述室温下搅拌的温度为25～35℃，搅拌速率为15～25r/min；所述有机酸溶液的质量百分比浓度为40～80％；所述酸溶液的用量为1～4ml；所述水热反应温度为100～120℃；所述水热反应压力为0.1～0.3mpa；所述真空干燥温度为100～120℃，干燥时间为10～12h；
步骤(2)中，所述室温下搅拌的温度为25～35℃，搅拌速率为15～25r/mi n；所述tio2材料为商业光催化材料p25。5.根据权利要求2所述的复合光触媒材料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、石油醚、四氢呋喃、醋酸丁酯中的一种或几种，使用量为原料总质量的0.5-4倍。6.一种光触媒组件，包括权利要求2-5任一项所述的复合光触媒材料，其特征在于：包括壳体和形成在壳体内的净化腔，所述壳体的至少一侧设置有透明板，所述透明板的内侧与复合光触媒材料中的泡沫金属连接，所述复合光触媒材料的光触媒位于所述净化腔内，所述净化腔包括至少一个用于引入待净化的空气的进气口和用于导出净化后的气体的出气口。7.根据权利要求6所述的光触媒组件，其特征在于：所述壳体通过连接件连接有补光灯，所述连接件包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆可转动连接在所述壳体上表面，所述第二连接杆与所述第一连接杆垂直，所述第二连接杆的下端连接有照射方向朝向所述透明板的补光灯。8.根据权利要求7所述的光触媒组件，其特征在于：所述第一连接杆与设置在所述壳体上表面中心位置的转动轴连接，所述第一连接杆的长度为壳体总长度的0.6-0.8倍，所述第二连接杆可拆卸式与所述第一连接杆连接。9.根据权利要求8所述的光触媒组件，其特征在于：所述进气口的气压大于所述出气口的气压，所述转动轴上连接有第一转动齿轮，所述第一转动齿轮连接有第二转动齿轮，所述第二转动齿轮与驱动电机连接，当环境光线不足时，所述驱动电机驱动第二转动齿轮转动，使得补光灯对准透明板，同时启动所述补光灯。10.根据权利要求9所述的光触媒组件，其特征在于：所述进气口设置有第一空气传感器，所述出气口设置有第二空气传感器，所述第一空气传感器和所述第二空气传感器均与计算单元连接，所述计算单元用于计算第一空气传感器和所述第二空气传感器检测到的空气质量差值，当空气质量差值低于设定阈值或所述第二空气传感器检测的空气质量偏离正常空气质量时，发出报警信号。

技术总结
本发明涉及的一种复合光触媒材料的制备方法及光触媒组件，复合光触媒材料包括:载体，包括泡沫金属和有机硅；光触媒，负载在所述载体上，所述泡沫金属为泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝合金、泡沫镍合金、泡沫铜合金中的一种或多种，所述有机硅，所述光触媒为TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2、MOFs/TiO2纳米复合材料中的一种或多种。泡沫金属比表面积大，吸附力强，使得制备而成的载体能够附着更多的光触媒，从而能够延长光触媒的作用时间，并且采用透明的有机硅材料将光触媒与泡沫金属相互结合，能够显著提高光触媒与空气的接触面积，从而能够进一步提高光触媒与待处理的空气的接触面积，进而能够提高对空气的处理效果。的处理效果。的处理效果。


技术研发人员：童海霞 肖毅 肖建红
受保护的技术使用者：苏州市达峰纳米科技有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/19