本發(fā)明涉及空氣凈化劑，具體涉及一種含有tio2的空氣凈化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、近幾年，廠家為了迎合消費(fèi)者的心態(tài)，市面上則出現(xiàn)了各種綠色漆、糯米膠、母嬰級(jí)使用家具。這些噱頭聽著安心，其實(shí)有毒有害物質(zhì)依然存在，區(qū)別只是存在有害物質(zhì)含量的多與少，散發(fā)時(shí)間的長(zhǎng)與短而已。裝修后，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，甲醛的釋放周期長(zhǎng)達(dá)3～15a，揮發(fā)性有機(jī)化合物，雖然釋放周期短，但短期內(nèi)危害較大。若家中有老年人和嬰兒等免疫力低下人群，則需要更久的通風(fēng)時(shí)間。而在這個(gè)要求高效快速的年代，時(shí)間的等待往往是最不能讓大眾接受的，因此各種凈化產(chǎn)業(yè)也應(yīng)運(yùn)而生。二氧化鈦(tio2)光觸媒是室內(nèi)環(huán)境凈化行業(yè)最常用到的物質(zhì)，市售各種光觸媒噴劑琳瑯滿目，還有將光觸媒與活性炭結(jié)合運(yùn)用到空氣凈化器濾網(wǎng)當(dāng)中，起到凈化空氣的作用。
2、tio2作為一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體光催化劑，在太陽光的輻射作用下可以實(shí)現(xiàn)廢水處理、空氣凈化、殺菌消毒和醫(yī)療防護(hù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。tio2的優(yōu)異光化學(xué)穩(wěn)定性、反應(yīng)活性以及無二次污染的特性，使其在環(huán)境治理領(lǐng)域具有重要的可持續(xù)發(fā)展意義，也是當(dāng)前高效節(jié)能和環(huán)保應(yīng)用前景最為廣闊的納米功能材料之一。
3、tio2的結(jié)構(gòu)主要包含結(jié)晶型和無定型兩種。結(jié)晶型tio2在光激發(fā)下呈現(xiàn)出較高的催化活性，但工業(yè)制備復(fù)雜，排放廢棄物多，晶型轉(zhuǎn)變需長(zhǎng)時(shí)高溫煅燒，能耗高。相比結(jié)晶型tio2，無定形tio2由于結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致催化活性差，但制備能耗低且工藝簡(jiǎn)單。根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)理論，大多數(shù)半導(dǎo)體的禁帶寬度與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，即禁帶寬度隨溫度升高而下降。
4、在空氣凈化領(lǐng)域，tio2基光催化氧化技術(shù)被認(rèn)為是一種有前途的方法，用于去除室內(nèi)環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)化合物(vocs)。這種技術(shù)可以降解室內(nèi)vocs，即使是低濃度的。然而，可見光利用效率低、電荷復(fù)合率高、對(duì)污染物的吸附能力低、有害副產(chǎn)物的形成和快速失活等限制和缺點(diǎn)，阻礙了該技術(shù)的商業(yè)化。因此，許多研究致力于開發(fā)改性方法，如金屬/非金屬摻雜、共摻雜、與其他半導(dǎo)體耦合以及與吸附劑集成，以克服上述限制。
5、為了提高tio2光催化劑的性能，研究者們探索了多種改性方法。例如，通過mxene和量子點(diǎn)共修飾的tio2復(fù)合材料，可以顯著提高tio2的光生載流子的分離效率，提升光催化活性。此外，中空納米結(jié)構(gòu)多面體tio2的制備方法也被開發(fā)出來，這種方法制備的tio2具有更好的吸附降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物的能力。
6、綜上所述，tio2空氣凈化劑的制備方法和改性技術(shù)是化學(xué)專利中的一個(gè)重要研究方向，旨在通過改進(jìn)tio2的性能，提高其在空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種含有tio2的空氣凈化劑及其制備方法。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
3、一種含有tio2的空氣凈化劑的制備方法，包括如下步驟：
4、s1、將鈦源、乙酰丙酮、聚乙二醇混合均勻，加熱攪拌，得到二氧化鈦膠體；
5、s2、將上述二氧化鈦膠體進(jìn)行超聲，加入六水合硝酸鈷、酸銀和水?dāng)嚢杈鶆?，再加入草酸鈉和抗壞血酸攪拌得到溶液；進(jìn)行水熱反應(yīng)，離心，洗滌，干燥，高溫煅燒，得到銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料；
6、s3將上述銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料、硅烷偶聯(lián)劑和交聯(lián)劑混合，加熱攪拌反應(yīng)，得到含有tio2的空氣凈化劑。
7、tio2是以電子導(dǎo)電為主的n型半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)比較特殊，tio2的導(dǎo)帶由最低未占據(jù)分子軌道(lumo)構(gòu)成，價(jià)帶由最高占據(jù)分子軌道(homo)構(gòu)成。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的帶隙稱為禁帶，兩者之間的區(qū)域稱為禁帶寬度，它的禁帶寬度為3.2ev，當(dāng)入射光子能量大于二氧化鈦的禁帶寬度時(shí)，價(jià)帶(vb)上的電子被光子激發(fā)進(jìn)而躍遷至導(dǎo)帶(cb)，在vb中留下空穴。一般來說，光生電子與空穴以兩種形式存在。一種是在半導(dǎo)體材料體相或者表面發(fā)生復(fù)合，即光生載流子失活。另一種是光生電子與空穴分別遷移至催化劑表面，其中光生電子具有很強(qiáng)的還原性，可將周圍的吸附氧還原成具有強(qiáng)氧化活性的超氧自由基(·o2-)，光生空穴具有很強(qiáng)的氧化性可以將周圍的水/氫氧根離子氧化成羥基自由基(·oh)。在·o2-和·oh的共同作用下可將吸附在催化劑表面的污染物分解成co2和h2o等綠色無污染小分子。
8、然而，單組分二氧化鈦光催化劑中的光生載流子的復(fù)合速率較快，使得光子利用率較低，因此會(huì)降低其催化活性，另外tio2材料的禁帶寬度較寬(3.0-3.2ev)，只對(duì)紫外光具有響應(yīng)，使得陽光利用率較低，因此，需要制備一種。
9、銀摻雜的二氧化鈦能夠有效增強(qiáng)tio2的光催化活性，在可見光和紫外光條件下分別為純tio2的4.5倍和2.3倍，因此本發(fā)明通過添加銀來進(jìn)一步增強(qiáng)其催化活性。
10、優(yōu)選的，所述的含有tio2的空氣凈化劑的制備方法，包括以下步驟：
11、s1、將8-14重量份鈦源、60-120重量份無水乙醇、2-5重量份乙酰丙酮、1-2重量份聚乙二醇混合均勻，調(diào)節(jié)ph為3-4，在溫度35-45℃、300-500rpm攪拌1-4h，靜置18-48h，得到二氧化鈦膠體；
12、s2、將30-50重量份二氧化鈦膠體在超聲功率80-140w、超聲頻率20-50khz下超聲15-30min，加入1-4重量份六水合硝酸鈷、0.5-2重量份硝酸銀和60-120重量份水，300-500rpm下攪拌20-50min，再加入0.3-1重量份草酸鈉和1-3重量份抗壞血酸，調(diào)節(jié)ph為3.5-4.5，在氮?dú)夥諊?0-100℃下水熱反應(yīng)30-70min，抽濾，洗滌，干燥，再置于氮?dú)鈿夥障隆?50-1100℃下煅燒0.5-2h，得到銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料；
13、s3將8-12重量份上述銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料和1-3重量份交聯(lián)劑混合，在55-70℃、300-500rpm下反應(yīng)1-4h，抽濾，洗滌，干燥，得到含有tio2的空氣凈化劑。
14、氧化鈷微球由于具有多孔結(jié)構(gòu)，以增加其比表面積，通過物理吸附可以提高空氣凈化劑的效率和使用壽命。氧化鈷微球還具有光催化活性，可以用于降解空氣中的有機(jī)污染物，其光催化性能主要得益于其窄帶隙(2.4ev)，可以有效彌補(bǔ)二氧化鈦帶隙，使其在可見光照射下能夠產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，進(jìn)而催化分解有機(jī)污染物，尤其是在室內(nèi)環(huán)境中，可以利用自然光來激活光催化過程，因此，將銀摻雜二氧化鈦與氧化鈷結(jié)合使用，可以協(xié)同增加空氣凈化效率和光催化效率。
15、更優(yōu)選的，所述的含有tio2的空氣凈化劑的制備方法，包括以下步驟：
16、s1、將8-14重量份鈦源、60-120重量份無水乙醇、2-5重量份乙酰丙酮、1-2重量份聚乙二醇混合均勻，調(diào)節(jié)ph為3-4，在溫度35-45℃、300-500rpm攪拌1-4h，靜置18-48h，得到二氧化鈦膠體；
17、s2、將30-50重量份二氧化鈦膠體在超聲功率80-140w、超聲頻率20-50khz下超聲15-30min，加入1-4重量份六水合硝酸鈷、0.5-2重量份硝酸銀和60-120重量份水，300-500rpm下攪拌20-50min，再加入0.3-1重量份草酸鈉和1-3重量份抗壞血酸，調(diào)節(jié)ph為3.5-4.5，在氮?dú)夥諊?0-100℃下水熱反應(yīng)30-70min，抽濾，洗滌，干燥，再置于氮?dú)鈿夥障隆?50-1100℃下煅燒0.5-2h，得到銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料；
18、s3將8-12重量份上述銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料、1-3重量份負(fù)離子粉、2-4重量份硅烷偶聯(lián)劑和1-3重量份交聯(lián)劑混合，在55-70℃、300-500rpm下反應(yīng)1-4h，抽濾，洗滌，干燥，得到含有tio2的空氣凈化劑。
19、最后，作為最優(yōu)選的方案，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)將銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料和負(fù)離子粉結(jié)合使用，效果會(huì)得到進(jìn)一步提升，銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷材料和負(fù)離子粉發(fā)生反應(yīng)，增大了吸附材料的比表面積，不但可以吸附甲醛等有機(jī)分子，同時(shí)可以把吸附的有機(jī)分子分解為小分子，同時(shí)釋放出對(duì)人體有益的負(fù)離子；負(fù)離子粉末通過輸送負(fù)電給空氣中的灰塵、煙霧等從而實(shí)現(xiàn)聚沉，達(dá)到凈化空氣的作用。
20、所述鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦、四溴化鈦中的任一種。
21、所述負(fù)離子粉為電氣石、獨(dú)居石礦、二氧化釷中的任一種。
22、所述交聯(lián)劑為三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、氨基交聯(lián)劑中的任一種。
23、所述偶聯(lián)劑為氨基類硅烷偶聯(lián)劑、羧基類硅烷偶聯(lián)劑中的任一種。
24、一種含有tio2的空氣凈化劑，采用上述任一項(xiàng)制備方法得到。
25、本發(fā)明制備得到的含有tio2的空氣凈化劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：銀作為摻雜劑可以促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離，可以提高tio2的光催化活性。此外，銀摻雜還可以降低tio2的禁帶寬度，使其在可見光下也具有催化活性，從而提高了對(duì)vocs的降解效率。氧化鈷是一種有效的氧化劑，可以與銀摻雜二氧化鈦形成復(fù)合材料，氧化鈷可以提供更多的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)催化劑的吸附能力，從而提高對(duì)甲醛和vocs的吸附和降解效率。負(fù)離子粉可以釋放負(fù)離子，這些負(fù)離子能夠與空氣中的污染物結(jié)合，使其沉降，從而凈化空氣。負(fù)離子還能促進(jìn)空氣中的氧氣分子與水分子結(jié)合，形成羥基自由基，這些自由基具有很強(qiáng)的氧化性，可以進(jìn)一步降解空氣中的有害物質(zhì)。通過負(fù)載氧化鈷和負(fù)離子粉提高了tio2光觸媒劑的吸附能力和tio2的表面積，穩(wěn)定空氣凈化劑中的污染物不外溢，同時(shí)增大了tio2與污染物的接觸面積，便于光觸媒劑對(duì)污染物的降解，進(jìn)而提高了凈化劑對(duì)污染物的降解，同時(shí)提高凈化持久性。
26、綜上所述，銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷和負(fù)離子粉的結(jié)合，通過提高光催化活性、增強(qiáng)吸附能力、促進(jìn)污染物的分解、增強(qiáng)抗菌性能以及等離子體與光觸媒的協(xié)同作用，顯著提高了空氣凈化劑在吸附甲醛和vocs方面的性能。
27、本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明提供了一種含有tio2的空氣凈化劑及其制備方法，銀作為摻雜劑可以促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離，可以提高tio2的光催化活性；此外，銀摻雜還可以降低tio2的禁帶寬度，使其在可見光下也具有催化活性，從而提高了對(duì)vocs的降解效率。
28、2、氧化鈷是一種有效的氧化劑，可以與銀摻雜二氧化鈦形成復(fù)合材料，氧化鈷可以提供更多的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)催化劑的吸附能力，從而提高對(duì)甲醛和vocs的吸附和降解效率。
29、3、負(fù)離子粉可以釋放負(fù)離子，這些負(fù)離子能夠與空氣中的污染物結(jié)合，使其沉降，從而凈化空氣。負(fù)離子還能促進(jìn)空氣中的氧氣分子與水分子結(jié)合，形成羥基自由基，這些自由基具有很強(qiáng)的氧化性，可以進(jìn)一步降解空氣中的有害物質(zhì)。
30、4、銀摻雜二氧化鈦-氧化鈷和負(fù)離子粉的結(jié)合，通過提高光催化活性、增強(qiáng)吸附能力、促進(jìn)污染物的分解、增強(qiáng)抗菌性能以及等離子體與光觸媒的協(xié)同作用，顯著提高了空氣凈化劑在吸附甲醛和vocs方面的性能。
31、5、本發(fā)明通過負(fù)載氧化鈷和負(fù)離子粉提高了tio2光觸媒劑的吸附能力和tio2的表面積，穩(wěn)定空氣凈化劑中的污染物不外溢，同時(shí)增大了tio2與污染物的接觸面積，便于光觸媒劑對(duì)污染物的降解，進(jìn)而提高了凈化劑對(duì)污染物的降解，同時(shí)提高凈化持久性。