專利名稱：一種光催化空氣過(guò)濾材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光催化空氣過(guò)濾材料，屬于材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空氣是人類生存最重要的環(huán)境要素，室外大氣環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)的好壞直接關(guān)系著人類生存健康。隨著人們對(duì)大氣環(huán)境的日益重視，空氣過(guò)濾材料日益成為研究的熱土。日本針對(duì)室內(nèi)空氣凈化研制出了光催化空氣過(guò)濾器，過(guò)濾器材料利用納米光催化材料摧毀生物和病毒，中和異味，去除有害氣體。光催化材料是在紫外光作用下材料上的催化劑分解空氣中所含的細(xì)菌、病毒等微生物，而且可以分解除去空氣中的揮發(fā)性有機(jī)有害氣體。傳統(tǒng)的空氣過(guò)濾防護(hù)措施以隔離和吸附為主，光催化過(guò)濾材料豐富了空氣過(guò)濾防護(hù)手段，可以更高效地過(guò)濾空氣、殺滅和分解有毒有害物質(zhì)，保護(hù)人們的身體健康，減少疾病的傳播，具有重要的意義。目前光催化空氣過(guò)濾材料的形式比較單一、效果較差。通常通過(guò)采用以下方式將光催化劑用于空氣凈化器:第一，將光催化劑負(fù)載在活性炭無(wú)紡布上，依靠活性炭對(duì)細(xì)菌、病毒及有機(jī)有害氣體的吸附作用，形成局部高濃度環(huán)境，然后再依靠光催化劑的催化效應(yīng)，進(jìn)行殺菌或分解有害氣體。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，活性炭層通常為中間層，光線無(wú)法照射到光催化劑的表面，導(dǎo)致光催化效應(yīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。第二，采用涂層整理劑將光催化劑一同涂覆在過(guò)濾材料的表面。這樣由于所使用的涂層整理劑包覆在光催化劑的表面，減小了光催化劑與細(xì)菌、病毒及有機(jī)有害氣體的接觸面積，使其光催化效應(yīng)減小。此外，涂覆在表面的光催化劑顆粒附著力較差，容易脫落，不利于長(zhǎng)期使用。傳統(tǒng)的在基底材料表面負(fù)載光催化薄膜的制備過(guò)程均需要高溫煅燒進(jìn)行活化，因此基底材料通常選擇金屬片、玻璃片、金屬絲網(wǎng)等作為載體。與此相比，在熱敏性高聚物過(guò)濾材料表面制備具有光致活性的光催化劑薄膜，需要解決高聚物基體與無(wú)機(jī)光催化劑薄膜之間的界面相容性差，以及低溫成膜后無(wú)光致活性等問(wèn)題。專利ZL02124137.6 “柔性基底材料表面負(fù)載二氧化鈦薄膜光催化劑的制備方法”公開(kāi)了一種無(wú)紡布表面負(fù)載二氧化鈦薄膜光催化劑的制備方法，包括如下步驟:首先以鈦酸正丁酯或四氯化鈦為前驅(qū)體，加入造孔劑制備活性層溶膠，在利用提拉鍍膜的方法將活性層溶膠直接涂敷與經(jīng)清洗的柔性基底載體上，離心甩去多余溶膠，后將負(fù)載凝膠的柔性基底放入水熱釜中，以水-乙醇為混合溶劑在低溫下溶劑熱形成納米晶二氧化鈦薄膜光催化劑。該方法的制備工藝復(fù)雜，并不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的光催化劑附著力差、光催化光致活性差、光催化效果不佳等問(wèn)題，為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種光催化空氣過(guò)濾材料及其制備方法。一種光催化 空氣過(guò)濾材料，所述空氣過(guò)濾材料包括無(wú)紡布基材以及負(fù)載在無(wú)紡布基材上的鈦酸鋅光催化多孔薄膜。本發(fā)明還提供該光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，所述方法包括以下步驟:(1)采用偶聯(lián)劑溶液對(duì)無(wú)紡布基材進(jìn)行預(yù)處理:將無(wú)紡布基材放置于偶聯(lián)劑溶液中浸涂，帶液率為100-200%，然后在100°C下干燥lOmin。(2)制備前驅(qū)體溶液:將鈦源、酸、鋅鹽以及硝酸銀按一定比例依次加入蒸餾水中，于冰水浴條件下強(qiáng)力攪拌，并陳化獲得溶膠的前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至75 980C，調(diào)節(jié)pH值至7 9，然后在冰水浴條件下滴加活化溶液，并于80°C陳化得到鈦酸鋅溶膠液。(4)制備鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布:將步驟I)預(yù)處理的無(wú)紡布基材浸軋步驟(3)的鈦酸鋅溶膠，軋余率為70% 100%，然后在120°C干燥固化，形成負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。所述步驟(I)的偶聯(lián)劑溶液為硅烷偶聯(lián)劑溶于由乙醇、丙酮、乙二醇中一種或幾種形成的混合液中。所述的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷或氨基甲氧基硅烷中的一種或幾種混合物。優(yōu)選偶聯(lián)劑溶液中，偶聯(lián)劑的體積分?jǐn)?shù)為1%。所述的無(wú)紡布為丙綸無(wú)紡布、滌綸無(wú)紡布或丙綸熔噴布中的任何一種。所述步驟⑵的前驅(qū)體溶液中各物質(zhì)的摩爾比為:Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 10 20: 1:0.0005 0.05。所述步驟(2)制備前驅(qū)體溶液優(yōu)選按以下方式進(jìn)行:首先將鈦源在冰水浴和強(qiáng)力攪拌條件下緩慢滴加于蒸餾水中配置成水溶液，其中鈦源和蒸餾水的體積比為1: 10，然后滴加酸進(jìn)行反應(yīng)，隨后加入鋅鹽、硝酸銀，充分?jǐn)嚢枞芙猓詈笤谑覝叵玛惢?4h。所述鈦源為四氯化鈦、硫酸鈦或酞酸酯。所述酸為HCl、H3PO4、H2SO4中的任意一種。所述鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅中的任何一種。所述步驟(3)中所述活化溶液為H2O2溶液、KMnO4溶液或NaClO溶液；優(yōu)選H2O2溶液的濃度為30%，KMnO4溶液的濃度為20Z0 6%，NaClO溶液的濃度為5% 10%。所述活化液中的活化成分與四氯化鈦的摩爾比優(yōu)選為30: I。優(yōu)選所述步驟(3)中還加入擴(kuò)孔劑；所述擴(kuò)孔劑與前驅(qū)體中蒸餾水的質(zhì)量比為
0.03 0.08: 100。所述擴(kuò)孔劑為聚乙二醇200。本發(fā)明通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)紡布進(jìn)行表面改性，增加無(wú)紡布基材與無(wú)機(jī)光催化劑薄膜之間的界面相容性，提高了光催化劑薄膜與無(wú)紡布基材之間的吸附力，不易脫落。溶膠制備過(guò)程中加入雙氧水，提高了光催化劑低溫下的活性，解決了低溫制備光催化薄膜的光致活性差問(wèn)題。利用擴(kuò)孔劑使形成的光催化劑薄膜具有多孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于無(wú)紡布本身所具有的水刺痕跡，為光催化劑薄膜的開(kāi)孔提供了模板，使光催化劑薄膜的開(kāi)孔均一、孔徑可控。此外，優(yōu)選方案所制備的光催化劑薄膜具有優(yōu)異的光催化效果，對(duì)空氣中甲醛的降解效率可達(dá)到75%以上，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率達(dá)到99.9%，對(duì)大腸桿菌的抑菌率達(dá)到95.7%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案中實(shí)施方式不僅包含以下實(shí)施實(shí)例，還包含各實(shí)例間的任意組合。實(shí)施實(shí)例I本實(shí)施實(shí)例中負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料的制備方法按以下步驟實(shí)現(xiàn):(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，各物質(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.001，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至8，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 30)攪拌15mi·n，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例2本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例I不同的是:步驟(I)中使用的硅烷偶聯(lián)劑為氨基甲氧基硅烷，溶劑為丙酮，浸涂量為100% ;其余步驟與實(shí)施實(shí)例I相同。(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將氨基甲氧基硅烷溶于丙酮中(氨基甲氧基硅烷和丙酮的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為100%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙猓魑镔|(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.001，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至8，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 30)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例3本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例I和實(shí)施實(shí)例2不同的是:步驟(I)中使用的硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三乙氧基硅烷，溶劑為乙二醇，使用的基底材料為滌綸無(wú)紡布，步驟(4)中溶膠液的軋余量為70%。其余步驟與實(shí)施實(shí)例I相同。(I)無(wú)紡布基材的 預(yù)處理:將乙烯基三乙氧基硅烷溶于乙二醇中(乙烯基三乙氧基硅烷和乙二醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的滌綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙猓魑镔|(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.001，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至8，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 30)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為70%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例4本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例I不同的是:步驟⑵中Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 20: I: 0.005，步驟(3)中氨水調(diào)節(jié)pH值為9，加入的聚乙二醇200的量為0.05%。其余步驟與實(shí)施實(shí)例I相同。(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，各物質(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 20: I: 0.005，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至9，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 30)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.25g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例5(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將氨基甲氧基硅烷溶于丙酮中(氨基甲氧基硅烷和丙酮的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為100%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體 溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，各物質(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.001，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至75°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至7，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 10)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為70%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例6(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將5 OmL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙猓魑镔|(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 20: I: 0.005，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)pH值至9，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 20)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.4g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例7本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例I不同的是:步驟(2)中所用的鈦源為鈦酸酯，Ti4+: Ag+= 1:0.002，所用的酸為H3P04丨所用的鋅鹽為氯化鋅，其余步驟與實(shí)施實(shí)例I相同。(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加磷酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入氯化鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，各物質(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.002，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至8，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2(四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 30)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例8本實(shí)施實(shí)例與實(shí)例7不同的是:步驟⑵中所用的鈦源為硫酸鈦；步驟⑶中滴加氨水調(diào)節(jié)PH值為7，鈦源與30% H202的物質(zhì)的量之比為1: 20 ;其余步驟與實(shí)施實(shí)例7相同。(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū) 體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將5 OmL硫酸鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加磷酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入氯化鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙猓魑镔|(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.002，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至7，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 20)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例9本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例I不同的是:步驟⑵中Ti4+: Ag+ = 1: 0.02，所用的酸為硫酸，所用的鋅鹽為氯化鋅，其余步驟與實(shí)施實(shí)例I相同。(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入·容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加硫酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入氯化鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，各物質(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.002，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至8，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為30%的H2O2 (四氯化鈦和H2O2的摩爾比為1: 30)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例10本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例I不同的是:步驟(3)中加入的活化為2% KMn04，其余步驟與實(shí)施實(shí)例I相同。(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，各物質(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.001，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至8，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為2%的KMn04(四氯化鈦和KMn04的摩爾比為1: 30)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。

(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。實(shí)施實(shí)例11本實(shí)施實(shí)例與實(shí)施實(shí)例I不同的是:步驟(3)中加入的活化劑為10% NaCIO，其余步驟與實(shí)施實(shí)例I相同。(I)無(wú)紡布基材的預(yù)處理:將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于乙醇中(3-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的體積比為1: 99)形成處理液；將經(jīng)過(guò)去離子水沖洗的丙綸無(wú)紡布基材浸涂處理液，無(wú)紡布基材的帶液率為200%，然后在100°C下干燥lOmin，得到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)紡布基材。(2)制備前驅(qū)體溶液:在容器內(nèi)加入500mL的蒸餾水，并置于冰水浴中，然后將50mL四氯化鈦滴加入容器內(nèi)并劇烈攪拌，然后滴加鹽酸進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)充分后加入硝酸鋅和和硝酸銀，充分?jǐn)嚢柚寥芙?，各物質(zhì)的摩爾比為Ti4+: H+: Zn2+: Ag+ =I: 15: I: 0.001，最后在室溫下陳化24h制得前驅(qū)體溶液。(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟(2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至95°C，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值至8，得到灰白色漿狀液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)Ih ;后將所得試樣經(jīng)洗滌，使其中不含雜質(zhì)離子；然后在冰水浴條件下滴加入一定量的濃度為10%的NaC10(四氯化鈦和NaClO的摩爾比為1: 30)攪拌15min，得到半透明溶液，然后在該溶液中加入0.15g聚乙二醇200，并繼續(xù)攪拌15min，最后在80°C條件下陳化24h，形成半透明的含擴(kuò)孔劑的鈦酸鋅溶膠液，溶膠呈半透明狀。(4)無(wú)紡布鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布采用浸-軋工藝將經(jīng)過(guò)步驟(I)預(yù)處理的無(wú)紡布浸軋整理步驟(3)所得的溶膠液，軋余率為100%。然后在120°C條件下干燥固化得到負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。對(duì)比實(shí)施實(shí)例I除步驟(2)中未加入硝酸銀外，本對(duì)比實(shí)施例的其余步驟均與實(shí)施實(shí)例I相同。
對(duì)比實(shí)施實(shí)例2除步驟(2)中未加入硝酸鋅外，本對(duì)比實(shí)施例的其余步驟均與實(shí)施實(shí)例I相同。對(duì)比實(shí)施實(shí)例3除步驟(2)中未加入硝酸鋅和硝酸銀外，本對(duì)比實(shí)施例的其余步驟均與實(shí)施實(shí)例I相同。對(duì)比實(shí)施實(shí)例4除步驟(3)未加入雙氧水外，本對(duì)比實(shí)施例的其余步驟均與實(shí)施例1相同。本發(fā)明產(chǎn)品的抗菌性能測(cè)試采用吸收法(GB/T20944.2-2007 紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)》第2部分:吸收法)測(cè)試本發(fā)明中實(shí)施實(shí)例和對(duì)比實(shí)施實(shí)例制備的負(fù)載光催化劑多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料的抗菌性能。本發(fā)明產(chǎn)品的光催化降解空氣中VOCs性能測(cè)試方法如下:氣體采用初始濃度為IOOOppm的甲醒蒸汽；紫外光源為8W的低壓萊燈,主波長(zhǎng)為365nm ;可見(jiàn)光光源為380W球形氣燈，主波長(zhǎng)為510nm,以玻璃濾光管濾去波長(zhǎng)小于450nm的光；光催化降解時(shí)間為90min。采用美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的5975c-7890a氣相色譜測(cè)試試驗(yàn)氣體中甲醛濃度。測(cè)試本發(fā)明中實(shí)施實(shí)例和對(duì)比實(shí)施實(shí)例制備的負(fù)載光催化劑多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料對(duì)空氣中VOCs的光催化降解性能。本發(fā)明產(chǎn)品的抗菌和降解有機(jī)物測(cè)試結(jié)果分別列于表I和表2中。表I抗菌測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種光催化空氣過(guò)濾材料，其特征在于所述空氣過(guò)濾材料包括無(wú)紡布基材以及負(fù)載在無(wú)紡布基材上的鈦酸鋅光催化多孔薄膜。
2.權(quán)利要求1所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)采用偶聯(lián)劑溶液對(duì)無(wú)紡布基材進(jìn)行預(yù)處理:將無(wú)紡布基材放置于偶聯(lián)劑溶液中浸涂，帶液率為100% 200%，然后在100°C下干燥lOmin。
(2)制備前驅(qū)體溶液:將鈦源、酸、鋅鹽以及硝酸銀按一定比例依次加入蒸餾水中，于冰水浴條件下攪拌，并陳化獲得溶膠的前驅(qū)體溶液。
(3)制備鈦酸鋅溶膠:將步驟2)制備的前驅(qū)體溶液在攪拌條件下升溫至75 98°C，調(diào)節(jié)pH值至7 9，然后在冰水浴條件下滴加活化溶液，并于80°C陳化得到鈦酸鋅溶膠液。
(4)制備鈦酸鋅多孔薄膜無(wú)紡布:將步驟I)預(yù)處理的無(wú)紡布基材浸軋步驟(3)的鈦酸鋅溶膠，軋余率為70% 100%，然后在120°C干燥固化，形成負(fù)載銀摻雜鈦酸鋅光催化多孔薄膜的無(wú)紡布空氣過(guò)濾材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)的偶聯(lián)劑溶液為硅烷偶聯(lián)劑溶于由乙醇、丙酮、乙二醇中一種或幾種形成的混合液中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷或氨基甲氧基硅烷中的一種或幾種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的前驅(qū)體溶液中各物質(zhì)的摩爾比為=Ti4+: H+: Zn2+: Ag+= 1: 10 20:1: 0.0005 0.05。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述鈦源為四氯化鈦、硫酸鈦或酞酸酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述酸為HCl、H3PO4' H2SO4 中的任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅中的任何一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中所述活化溶液為H2O2溶液、KMnO4溶液或NaClO溶液；優(yōu)選H2O2溶液的濃度為30 %，KMnO4溶液的濃度為20Z0 6%，NaClO溶液的濃度為5% 10%。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中還加入擴(kuò)孔劑；所述擴(kuò)孔劑與前驅(qū)體中蒸餾水的質(zhì)量比為0.03 008: 100。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光催化空氣過(guò)濾材料，包括無(wú)紡布基材以及負(fù)載在無(wú)紡布基材上的鈦酸鋅光催化多孔薄膜。本發(fā)明還涉及一種光催化空氣過(guò)濾材料的制備方法，包括以下步驟(1)采用偶聯(lián)劑溶液對(duì)無(wú)紡布基材進(jìn)行預(yù)處理；(2)制備前驅(qū)體溶液；(3)制備鈦酸鋅溶膠；(4)采用鈦酸鋅溶膠浸軋無(wú)紡布并干燥。本發(fā)明的空氣過(guò)濾材料兼具殺菌和分解有機(jī)物的功能，光催化活性高，制備方法簡(jiǎn)單，條件溫和。
文檔編號(hào)B01D53/86GK103230812SQ20131007321
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者侯毅, 張?jiān)?, 莊裕剛, 李永剛 申請(qǐng)人:蘇州新綸超凈技術(shù)有限公司