一种用于垃圾臭味处理的三元净化材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及空气净化材料的制备，旨在提供一种用于垃圾臭味处理的三元净化材料的制备方法。本发明专利技术通过将纳米碳点负载到Bi2O3纳米短纤维表面制备C@Bi2O3复合材料，然后通过控制含钛前驱体水解实现TiO2纳米晶在C@Bi2O3复合材料表面原位生长，以便利用窄带隙Bi2O3纳米短纤维吸收可见光。本发明专利技术利用纳米碳点提高TiO2与Bi2O3间的光生载流子迁移能力，并进一步增强对可见光的吸收，构筑了高效的TiO2@C@Bi2O3三元复合光催化材料，具有更高的可见光催化活性。本发明专利技术的两步法光催化涂层工艺，解决了传统方法中因高分子成膜物对光催化纳米颗粒的包覆作用造成的光催化性能劣化问题，并且光催化材料主要位于发生光催化反应的涂层表面，涂层内部没有光催化材料，从而避免了对光催化材料的浪费。光催化材料的浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种用于垃圾臭味处理的三元净化材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料的制备，特别涉及一种用于垃圾臭味处理的三元净化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国城镇化建设的快速推进，生活垃圾产生量逐年增加。为减轻生活垃圾处置产生的环境污染，大型生活垃圾固体废弃物的处置场所越来越远离城镇中心，由此垃圾转运站应运而生。转运站能有效地对分散的生活垃圾进行统一收集，通过对生活垃圾进行压缩后，转运至填埋场、堆肥厂或焚烧厂进行后续处置。但垃圾转运站在垃圾压缩处理过程中，由于生活垃圾(特别是厨余垃圾)中所含氮、硫的有机化合物(如蛋白质、氨基酸等)易腐烂发酵的原因，会产生氨气和硫化氢等恶臭气体，严重威胁了保洁工作人员及周边居民的人身安全，已成为一类亟待解决的、关系民生的重要环保问题。
[0003]目前针对这一空气污染问题，普遍采用光催化、吸附、低温等离子体氧化等净化技术，其中光催化技术因氧化分解能力强且能克服吸附净化技术易饱和、低温等离子体氧化技术存在二次污染等问题，在空气净化领域受到了人们的广泛关注。
[0004]光催化技术主要是利用半导体材料在光照激发下发生电子跃迁，形成光生电子和空穴，而光生电子和空穴被半导体材料表面吸附的水或氧捕获后，产生羟基自由基、超氧自由基等活性基团，从而利用活性基团实现对环境中的有机污染物的分解。然而当前研究和应用较为广泛的TiO2光催化材料只能响应紫外光才能发生电子跃迁，而紫外灯的长期照射会产生臭氧等二次污染。同时，单一TiO2半导体还存在光生载流子易复合、光催化量子效率低等问题。目前，研究人员主要采用了掺杂、贵金属沉积、半导体复合、染料敏化等手段来对TiO2进行改性。其中，氮掺杂TiO2可见光催化材料已经实现产业应用，但在光生载流子分离及光量子效率方面仍有待进一步提升。此外，现有纳米光催化材料应用主要是将光催化纳米颗粒添加到树脂、纤维素等高分子成膜物中，最后负载到基材表面制备光催化涂层。但是，高分子成膜物对光催化纳米颗粒的包覆作用会造成光催化活性的降低。而直接采用光催化材料前驱体溶胶或纳米颗粒成膜，往往需要进行后续的高温热处理(一般高于350℃)实现前驱体物质晶化或使纳米颗粒牢固结合到基材表面，这限制了对一些不耐热的高分子类基材的使用。
[0005]因此，迫切需要开发一种同时具有可见光响应特性和优异光生载流子分离能力的纳米光催化材料及其高效的负载技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种用于垃圾臭味处理的三元净化材料的制备方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0008]提供一种用于垃圾臭味处理的三元净化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将1～5质量份聚乙烯吡咯烷酮溶解于5～10质量份的有机溶剂中，然后在磁力搅拌下将8～15质量份铋盐前驱体加入上述溶液中；搅拌1小时后在室温下静置12小时，获得用于静电纺丝的均质纺丝液；
[0010]采用静电纺丝装置制备纤维，并将制得的纤维在400～550℃下以1℃/min的升温速率煅烧1～5h；将煅烧产物经球磨机研磨3～6h后，制得Bi2O3纳米短纤维；
[0011](2)采用石墨棒作为电极，置于不断搅拌的超纯水中，通过直流电源在电极两端施加15～30V的电压，持续72～120h；然后将得到的黑色浑浊电解液置于80℃烘箱中烘干，得到黑色粉末；将黑色粉末按5％的质量分数加入乙醇中，在20KHz的超声波下振荡分散2h，8000rpm速率下离心5～30min；取上层清液，在10000rpm速率下离心10～45min，取上层清液，获得纳米碳点乙醇分散液；
[0012](3)将1质量份Bi2O3纳米短纤维加入到5～10质量份纳米碳点乙醇分散液中，在50rpm速率下搅拌1～5h；然后加入10～15质量份去离子水，并用酸催化剂调节混合液pH值为3～5；将1～3质量份的含钛前驱体溶解于3～5质量份的无水乙醇中，并在80℃水浴搅拌下将其滴加到上述混合液中，反应24～48小时后过滤；将过滤产物按质量分数20％～40％分散到无水乙醇中，获得TiO2@C@Bi2O3复合材料乙醇分散液；
[0013](4)采用喷涂工艺在过滤网的正、反表面喷涂UV透明涂料，放置10min后，在其正、反两面喷涂TiO2@C@Bi2O3复合材料乙醇分散液；60℃干燥30min后，竖直置于两侧装有500W高压汞灯的紫外固化装置中，过滤网平面距离灯管20cm，打开高压汞灯光照30～60s后，获得用于垃圾臭味处理的三元净化材料。
[0014]作为本专利技术的优选方案，步骤(1)中所述的有机溶剂是丙二醇甲醚、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0015]作为本专利技术的优选方案，步骤(1)中所述的铋盐前驱体是硝酸铋、硫酸铋、氯化铋中的至少一种。
[0016]作为本专利技术的优选方案，步骤(1)中所述静电纺丝装置由高电压发生器、注射泵和纤维接收器组成；静电纺丝时控制：电压为10～30kV，挤出速率为0.1～2ml/h，接收距离为10～30cm。
[0017]作为本专利技术的优选方案，步骤(3)中酸催化剂是盐酸、硝酸、冰醋酸中的至少一种。
[0018]作为本专利技术的优选方案，步骤(3)中含钛前驱体是钛酸丁酯、异丙醇钛、四氯化钛中的至少一种。
[0019]作为本专利技术的优选方案，步骤(3)中滴加含钛前驱体的乙醇溶液时，控制滴加速度为3ml/min。
[0020]作为本专利技术的优选方案，步骤(4)中所述的过滤网是尼龙粗效过滤网、发泡聚氨酯过滤网、不锈钢过滤网中的一种。
[0021]作为本专利技术的优选方案，步骤(4)中所述的UV透明涂料的制备方法如下：
[0022]将10～15质量份亲水性丙烯酸酯单体、6～8质量份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯单体、3～5质量份乙烯基醚类单体、2～4质量份2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑
苯基丙酮、20～30质量份无水乙醇混合，并搅拌均匀。
[0023]作为本专利技术的优选方案，所述的亲水性丙烯酸酯单体是甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯中的至少一种；所述的脂肪族聚氨酯丙
烯酸酯单体的官能度为7～9；所述的乙烯基醚类单体是羟丁基乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、1,4
‑
环己基二甲醇二乙烯基醚中的至少一种。
[0024]本专利技术的实现原理：
[0025]垃圾转运站中的生活垃圾产生的恶臭包括了很多类别的气体，本专利技术及实施例中主要是以氨气、硫化氢等恶臭气体为主要净化处理对象。通过将纳米碳点负载到Bi2O3纳米短纤维表面制备C@Bi2O3复合材料，然后通过控制含钛前驱体水解实现TiO2纳米晶在C@Bi2O3复合材料表面原位生长，以便利用窄带隙Bi2O3纳米短纤维吸收可见光。这种纳米短纤维尽可能大地保留了纳米颗粒的高活性特点，并凭借其在纤维轴向方向处于微米尺度有效避免了纳米颗粒的团聚问题本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于垃圾臭味处理的三元净化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将1～5质量份聚乙烯吡咯烷酮溶解于5～10质量份的有机溶剂中，然后在磁力搅拌下将8～15质量份铋盐前驱体加入上述溶液中；搅拌1小时后在室温下静置12小时，获得用于静电纺丝的均质纺丝液；采用静电纺丝装置制备纤维，并将制得的纤维在400～550℃下以1℃/min的升温速率煅烧1～5h；将煅烧产物经球磨机研磨3～6h后，制得Bi2O3纳米短纤维；(2)采用石墨棒作为电极，置于不断搅拌的超纯水中，通过直流电源在电极两端施加15～30V的电压，持续72～120h；然后将得到的黑色浑浊电解液置于80℃烘箱中烘干，得到黑色粉末；将黑色粉末按5％的质量分数加入乙醇中，在20KHz的超声波下振荡分散2h，8000rpm速率下离心5～30min；取上层清液，在10000rpm速率下离心10～45min，取上层清液，获得纳米碳点乙醇分散液；(3)将1质量份Bi2O3纳米短纤维加入到5～10质量份纳米碳点乙醇分散液中，在50rpm速率下搅拌1～5h；然后加入10～15质量份去离子水，并用酸催化剂调节混合液pH值为3～5；将1～3质量份的含钛前驱体溶解于3～5质量份的无水乙醇中，并在80℃水浴搅拌下将其滴加到上述混合液中，反应24～48小时后过滤；将过滤产物按质量分数20％～40％分散到无水乙醇中，获得TiO2@C@Bi2O3复合材料乙醇分散液；(4)采用喷涂工艺在过滤网的正、反表面喷涂UV透明涂料，放置10min后，在其正、反两面喷涂TiO2@C@Bi2O3复合材料乙醇分散液；60℃干燥30min后，竖直置于两侧装有500W高压汞灯的紫外固化装置中，过滤网平面距离灯管20cm，打开高压汞灯光照30～60s后，获得用于垃圾臭味处理的三元净化材料。2.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方钦进，申乾宏，
申请(专利权)人：浙江启元环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：