利用半导体催化剂光热降解甲醛等大气有机污染物的方法与流程

615 编辑：中冶有色技术网来源：南开大学

2023-09-19 10:24:43

本发明公开了一种利用半导体催化剂光热催化降解甲醛等大气有机污染物的方法，该方法设备条件要求低、操作简单和易于实际应用，对于降解甲醛等大气有机污染物具有较高的效率。本发明属于治理环境污染科学技术领域，为治理大气污染提供了一种新型简便的方法。

背景技术：

目前，大气污染时时刻刻危害着人们的健康，随着生活水平的提高，装修房子或者购入新家具造成的室内污染，已经得到人们的普遍关注，室内污染最为主要的污染物是甲醛，甲醛具有致毒性。科学研究表明，人们短期吸入甲醛会引起眼红、眼痒、咽喉不适等多种不良反应，而长时间处于甲醛含量超过30mg/m3的室内，会引发各种疾病如皮肤病和癌症。一般情况下甲醛的释放期较长，可达3-10年之久。因此，如何消除室内甲醛污染是一项关乎全人类健康的大问题。

本发明公开了一种利用半导体催化剂光热催化降解甲醛等大气有机污染物的方法。该方法是利用所研制的半导体催化剂在低温可见光光照条件下光热催化降解甲醛等大气中的有机污染，将其有机污染转化成无污染的二氧化碳和水。该方法成本低、效率高、去除彻底，而且条件要求简单，对于治理大气污染具有广泛的应用前景。目前，利用半导体催化剂光热催化降解甲醛的研究工作未见报道，该方法将为治理大气污染开辟新的方向。

技术实现要素：

本发明公布了一种利用半导体催化剂光热降解甲醛等大气有机污染物的方法，其发明内容包括以下方面：1.采用溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热法等制备出半导体催化剂。2.建立了利用该催化剂在低温可见光光照条件下(50～90℃)光热催化降解甲醛等大气有机污染物的实验方法和光热催化效率的评价方法。3.利用半导体催化剂进行光热催化降解甲醛等大气有机污染物的实验。结果表明：半导体催化剂在低温(50～90℃)可见光光照条件下对于甲醛等大气有机污染物的光热催化降解具有较高的效率；实验方法工艺简单、实施条件要求低，易于操作；而且光热催化效率的评价方法准确可行。本发明的具体方法如下：

1.半导体催化剂的制备

采用溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等技术，制备出半导体催化剂。

2.热催化降解甲醛等大气有机污染物实验方法和热催化效率的评价方法

热催化降解甲醛的实验是在将适量催化剂涂覆在玻璃载玻片的表面(面积为14cm×2cm)，将其放入反应器中，然后向热反应器中注入降解物(如，10μL甲醛)，密封后将反应器置于恒温箱中，在室温下放置30分钟，使甲醛完全气化，且在催化剂表面达到吸附平衡；然后设定降解温度(如，65℃)并打开氙灯(420nm滤光片)。开始计时，每隔2小时抽取的反应气(0.4mL)，利用气相色谱仪测定甲醛的剩余浓度和甲醛光热催化降解后的产物(CO2)浓度，确定催化剂光热催化甲醛降解率。在不开氙灯或不加温条件下分别进行催化剂的热降解和光降解对比实验。

为更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。

【附图说明】

图1实施例1和2中样品的XRD图谱；

图2实施例1中样品的光热催化降解甲醛生成CO2的活性图；

图3实施例2中样品的光热催化降解甲醛生成CO2的活性图；

以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步描述，并具体说明本发明的热催化结果。

【具体实施方式】

实施例1

TiO2的制备：室温条件下，1ml浓HCl溶液与40ml无水乙醇C2H5OH混合，在剧烈搅拌下，将12ml钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4缓慢滴加到上述溶液中，形成均相溶液。加入一定量的去离子水(3ml)调节PH为3.5左右，持续搅拌直到形成TiO2凝胶；室温下陈化24h，100℃干燥12h，将样品研磨成粉末后移至坩埚中，450℃高温煅烧2.5h，得到TiO2样品。

实施例2

CeO2的制备：室温下，18ml 5mol/L的NaOH溶液中加入10mmol Ce(NO3)3·6H2O，充分搅拌后移至20ml反应釜中150℃水热2h，去离子水洗三次，离心后80℃干燥10h。将样品研磨成粉末后500℃煅烧2h，得到CeO2样品。

以下对附图做简要说明：

图1表明分别成功的制备出TiO2和CeO2催化剂。

图2表明纯TiO2的热催化降解甲醛生成CO2的活性很低，反应8h生成CO2浓度仅为3.62×10-6mol·L-1。在可见光条件下TiO2降解甲醛实验进行8h后，反应器中CO2浓度为6.98×10-6mol·L-1。然而，在光热条件(同时光照和加热)下TiO2的催化活性明显提高，生成CO2的浓度为16.19×10-6mol·L-1，是分别是单独加热和单独光照下CO2生成浓度的4.47和2.32倍，且是二者之和的1.6倍。

图3表明纯CeO2的可见光催化降解甲醛生成CO2的催化活性较弱活性很低，反应8h生成CO2浓度仅为3.15×10-6mol·L-1。在加热条件下CeO2降解甲醛实验进行8h后，反应器中CO2浓度为5.48×10-6mol·L-1。同时，在光热条件(同时光照和加热)下CeO2的催化活性显著提高，生成CO2的浓度为15.44×10-6mol·L-1，是分别是单独光照和单独加热下CO2生成浓度的4.91和2.82倍，且是二者之和的1.79倍。

从以上实例中可以看出，与单独光照和加热相比，在光热条件下样品的催化降解甲醛生成CO2的催化活性得到很大的提高。

技术特征：

1.一种利用半导体催化剂光热催化降解甲醛等大气有机污染物的方法，包括：制备半导体催化剂，建立光热催化降解甲醛等大气有机污染物的实验方法和光热催化效率的评价方法；所述的半导体催化剂的特征在于该催化剂稳定性好，光热催化降解甲醛等大气有机污染物的效率高；光热催化降解甲醛等大气有机污染物的实验方法和光热催化效率的评价方法的特征在于光热催化降解甲醛等大气有机污染物的实验是在可见光光照下一定温度条件下(密闭的玻璃反应器中)进行；半导体催化剂的制备：采用溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等技术，制备出半导体催化剂；催化降解实验过程：将适量催化剂涂覆在玻璃载玻片的表面(面积为14cm×2cm)，将其放入反应器中，然后向热反应器中注入降解物(如，10μL甲醛)，密封后将反应器置于恒温箱中，在室温下放置30分钟，使甲醛完全气化，且在催化剂表面达到吸附平衡；然后设定降解温度(如，65℃)并打开氙灯(420nm滤光片)，开始计时，每隔2小时抽取的反应气(0.4mL)，利用气相色谱仪测定甲醛的剩余浓度和甲醛光热催化降解后的产物(CO2)浓度，确定催化剂光热催化甲醛降解率。在不开氙灯或不加温条件下分别进行催化剂的热降解和光降解对比实验。

2.根据权利要求1所述的一种利用半导体催化剂光热催化降解甲醛等大气有机污染物的方法，其特征在于所述的降解温度为50～90℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用半导体催化剂光热催化降解甲醛等大气有机污染物的方法，其特征在于，所述的半导体催化剂可以是TiO2，CeO2或WO3中的任何一种。

4.根据权利要求1所述的一种利用半导体催化剂光热催化降解甲醛等大气有机污染物的方法，其特征在于所述的大气有机污染物可以是甲醛、丙酮、苯酚和甲酚等有机小分子中的任何一种。

技术总结

本发明公开了一种利用半导体催化剂光热催化降解甲醛等大气有机污染物的方法，其发明内容包括：制备半导体催化剂，建立光热催化降解甲醛等大气有机污染物的实验方法和光热催化降解效率的评价方法。本发明具有以下特点：制备的半导体催化剂具有稳定性好，在可见光热条件下降解甲醛等大气有机污染物的效率高；该方法的实施是在光照下一定温度(50～90℃)密闭的玻璃反应器中进行，具有工艺简单、设备条件要求低和易于操作等优点，适合于实际的应用。本发明将为治理大气污染及其开发应用提供新的途径。

技术研发人员：曹亚安;兰子鉴;闫亚宾

受保护的技术使用者：南开大学

文档号码：201610853999

技术研发日：2016.09.23

技术公布日：2017.02.15

声明：

“利用半导体催化剂光热降解甲醛等大气有机污染物的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

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