〔12〕发明专利申请公开说明书
[21]申请号91111644.3
[11]公开号CN 1073122A
[51]Int.CI5
B01D 53/36
〔43〕公开日1993年6月16日[22]申请日91.12.13
[71]申请人中国科学院兰州化学物理研究所
地址730000甘肃省兰州市天水路236号[72]发明人李庆霖 金振声 席婵娟 张伟国
[74]专利代理机构中国科学院兰州专利事务所
代理人李实君
B01J 23/56A61L 9/20
权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页
[54]发明名称
用于净化空气的光催化剂
[57]摘要
本发明公开了一种用于净化空气的光催化剂，通过光催化反应将空气中常见的微量有害气体转化为无害产物。本发明以二氧化钛为担体，活性组分为金属态的铂以及选自镁、锰、锂、锌金属元素氧化物的其中之一，铂和金属氧化物的量分别为担体重量的0.3—2％、0.6—1.5％。在封闭或半封闭空间中，催化剂在紫外灯光照下，可将空气中的硫化氢、甲硫醇、氨等微量有害气体消除，光解率达75—100％。
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权 利 要 求 书
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1、一种用于净化空气的光催化剂，其特征在于： 以二氧化钛为担体、活性组份为金属态的铂以及选自镁、锰、锂、锌金属元素的氧化物的其中之一；
光催化剂中铂的量为二氧化钛担体重量的0.3-2%，金属氧化物的量为二氧化钛重量的0.6-1.5%；
二氧化钛担体纯度大于99%，锐钛矿型；
在担载活性组份前在氮气保护下，500-800℃温度下处理2-5小时；然后于200～400℃下恒温3小时； 光催化剂制备过程包括：
①称取相应量的H2PtCl6·6H2O溶于适量的去离子水中、浸入已处理的二氧化钛，
②充分搅拌下用紫外灯光照还原2-4小时，
③用去离子水水洗除去残余氯离子，100-150℃下真空干燥13-20小时(得到Pt/TiO2光催化剂)，
④称取相应量的镁、锰、锂、锌金属元素其中之一的卤化物、溶入适量的去离子水中，浸入已制备的Pt/TiO2光催化剂， ⑤室温搅拌0.5-2小时，70-90℃温度下搅拌蒸干，300-350℃空气中处理3小时、最后与步骤③相同。
2、如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于铂的量为二氧化钛担体重量的0.5-1%，金属氧化物的量为二氧化钛担体重量的0.8-1%;二氧化钛担载活性组份前，在氮气保护下，600-800℃温度范围处理2-4小时。 3、如权利要求1或2所述的光催化剂，其特征在于镁、锰、锂、锌金属元素的氧化物，宜选用MgO、MnO2、Li2O、ZnO。
4、如权利要求3所述的光催化剂，其特征在于金属氧化物为Li2O。
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说 明 书
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用于净化空气的光催化剂
本发明叙述了一种用于净化空气的光催化剂，本发明通过光催化反应，在封闭或半封闭空间里，将空气中常见的微量有害气体转化为无害产物。
由于现代工业对大气的污染，有机质腐败分解及人和动物的排出气等所造成的具有恶臭气味的微量有害气体对人类健康的威胁，人类生活环境中，空气的净化与处理受到环境科学工作者的高度重视。 空气中常见的有害气体主要有硫化氢（H2S）、甲硫酸（CH3SH）、氨（NH3）等，它们气味恶臭且严重危害人类健康。目前对小环境（指人类生活的有限空间场所）的治理普遍采用换气，吸附剂吸附或施放香味气体以掩盖臭味的空气净化手段，都不能从根本上消除微量有害气体对人类健康的危害。这类方法属于“污染转移”或称“嫁祸于人”的方法，它还将对大气造成二次污染。
1985年，日本键谷勤等人（日本公开特许公报，昭60216827）将碘化锂担载在玻璃棉上，用紫外光照射可使硫化氢的分解率达75%;1990年Kawashima等人（美国专利，4，954，465，Sep.4，1990）用蜂窝状的活性炭床基担载二氧化钛粉末作为光催化剂，使二甲基硫（（CH3）2S）光解率达93.8%，但他们对生活环境中普遍存在的其它有害气体的光解消除，未作进一步的研究。
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91111644.3说 明 书 第2/5页
本发明的目的在于提供一种用于净化空气的光催化剂，它在紫外光激发下，进行光催化反应，将人类生活场所中常见的硫化氢、甲硫醇、氨等具有恶臭气味的微量有害气体子以有效地消除。 本发明是通过如下措施来实现的： 用于净化空气的光催化剂为双组份催化剂。
本发明以二氧化钛为担体，其活性组份为金属态的铂以及选自镁、锰、锂、锌金属元素的氧化物的其中之一;光催化剂中铂的量为二氧化钛担体重量的0.3-2%，金属氧化物的量为二氧化钛担体重量的0.6-1.5%。 本发明所用的二氧化钛担体纯度大于99%，锐钛矿型，在其担载活性组份前应先在氮气保护下，500-800℃温度下处理2-5小时，然后于200-400℃下恒温3小时，使其晶型转化为金红石型。
本发明的光催化剂制备过程为：①称取相应量的H2PtCl6·6H2O溶于适量的去离子水中，浸入已处理的二氧化钛，②充分搅拌下用紫外灯光照还原2-4小时，③用去离子水水洗除去残余氯离子、100-150℃下真空干燥13-20小时，即制备出Pt/TiO2光催化剂，④称取相应量的镁、锰、锂、锌金属元素其中之一的卤化物，溶入适量的去离子水中，浸入已制备的Pt/TiO2光催化剂，⑤室温搅拌0.5-2小时，70-90℃温度下搅拌蒸干，放入管状炉于300-350℃空气中处理3小时，最后与步骤③相同，制得成品光催化剂。
本发明还可以通过如下措施来实现：
光催化剂的活性组份中，铂的量为二氧化钛担体重量的0.5-1%，金属氧化物的量为二氧化钛担体重量的0.8-1%。
二氧化钛担体担载活性组份前，在氮气保护下、600-800℃温度范围处理2-4小时为最佳。
镁、锰、锂、锌金属元素的氧化物，宜选用MgO、MnO2、Li2O、ZnO，其中以Li2O为最好。
TiO2担体的处理温度若低于600℃，难以实现TiO2的晶相转变，高于800℃则会使TiO2局部熔结而降低活性表面。
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91111644.3说 明 书 第3/5页
TiO2经高温N2处理后，必须在200-400℃恒温3小时，以消除其内部应力。
金属卤化物的处理温度为300-350℃之间，以保证充分分解氧化。 催化剂的水洗步骤必须做到残液中检测不出CD为止。 利用本发明的光催化剂进行光催化反应以消除微量有害气体的原理可以解释为：
当能量等于或大于半导体禁带宽度Eg的光量子（hy）被半导体吸收后，半导体中的价带电子被激发至导带成为自由电子，同时在价带中形成一个自由空穴。这种高能电荷在半导体表面担载的金属或金属氧化物催化剂的作用下，可使吸附在半导体表面的反应物分子氧化或还原而实现光化学转化过程。若吸附物是有害的气体分子而反应产物是无害的，上述过程则称为有害气体的光催化消除过程。
现以典型的具有恶臭气味的H2S和CH3SH的光催化分解反应为例说明其反应机理： H2S的光解机理： （TiO2）
cb+hvb（TiO2受光激发）+-（）（） H2Sa-Ha+SH（a）（H2S离解型吸附）-+O+-（）（） SHa+2hvb-S+Ha（SH被氧化）
+-+（） 2Ha+2ecb-H2↑ （H被还原）
紫外光
e
-+
CH3SH的光解机理： （TiO2） OH
-（
紫外光
e
-
cb+hvb
+
vb-·OH （羟基化TiO2
--（） O2a+ecb-O2（a）（吸附O2被还原）
a
）
+h
+
表面的OH
-
（
a）
被氧化）
CH3SH（a）+·OH-CH3S（a）+H2O CH3S （H
+
（）
aa
+O2+·OH-CO2+H2O+SO2+e
-cb-H，2H-H2↑）
-
（）
本发明的光催化剂用于封闭或半封闭空间中有害气体的消除，光催化反应用紫外光作为激发光源。
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91111644.3说 明 书 第4/5页
光催化反应条件为：紫外灯波长λ＝200-250nm，光反应时间0.1-1小时。催化剂承载在一个空管式反应器的内壁，管内轴线方向设置一个紫外灯管作为反应光源，管的一端安装一个轴流式风机，以使含有微量有害气体的空气源源不断地被吸入反应器内，从反应器的另一端流出已被净化的空气。
当空气中微量有害气体的初始浓度为：H2S≤30PPM，NH3≤7000PPM，CH3SH≤10PPM时，经光催化反应0.1-1小时，微量有害气体的光解率可达75-100%。
本发明和现有技术相比具有显著的特点和进步：
1、在封闭或半封闭的空间，对空气中微量有害气体如硫化氢、甲硫醇、氨等都能彻底地消除。
2、光催化剂活性高，光催化反应后，空气质量达到与室外空气相近的水平。
3、光催化剂制备过程简单，重复性好。 4、光催化反应对原料气要求不苛刻。 5、对二氧化钛担体的纯度要求不高。 下面结合实施例对本发明作进一步详述：
例1：称取5克二氧化钛粉末，置于管状炉中，在700℃氮气保护下焙烧3小时，然后300℃下恒温3小时，自然冷却至室温备用;量取浓度为0.077M的H2PtCl6·6H2O水溶液2.66毫升加入40毫升去离子水中，再称取已处理过的二氧化钛粉末4克浸入以上溶液中，在250瓦高压汞灯照射和电磁搅拌下，光照还原3小时，然后过滤，洗涤除去残留的氯离子，最后在真空干燥箱中100℃干燥14小时，制得Pt（1%）/TiO2光催化剂，称取333毫克MgCl2·6H2O，溶入40毫升去离子水中，浸入4克制备好的Pt（1%）/TiO2，电磁搅拌1小时，再80℃蒸干并在管状炉中300℃焙烧3小时，缓慢冷却后，经水洗，干燥制成MgO（1%）/Pt（1%）/TiO2光催化剂。取1克光催化剂均匀担载在面积为430厘米的催化床基上，光源为8瓦的紫外灯（波长λ＝200-250nm），在0.14米封闭容器中，使硫化氢的初始浓度为
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91111644.3说 明 书 第5/5页
25ppm，光照反应1小时后，硫化氢的光解率为78%。
例2：将MgCl2·6H2O333毫克改为称取144毫克MnCl2·4H2O，其它一切步骤同例1制成MnO2（1%）/Pt（1%）/TiO2光催化剂，其光解硫化氢的活性为83%。
例3：将144毫克MnCl2·4H2O改为称取83.4毫克的ZnCl2其他制备步骤同例1制成ZnO（1%）/Pt（1%）/TiO2光催化剂，其光解硫化氢的活性为85%。
例4：如例1所述的制备过程和步骤，改变H2PtCl6·6H2O水溶液为1.33毫升，将MgCl2·6H2O 333毫克改为称取340毫克LiCl·H2O、制备成Li
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O（1%）/Pt（0.5%）/TiO2，光解硫化氢的活性为93%。
例5：称取340毫克LiCl·H2O，其它过程及步骤同例4，制成Li2O（1%）/Pt（1%）/TiO2光催化剂，光解硫化氢的结果见图1中α曲线，横坐标为光照时间（分钟），纵坐标为H2S的残余率（%）。 例6：同例5，使容器中NH3初始浓度为7000ppm，对氨的光解结果见图2中α曲线，横坐标为光照时间（分钟），纵坐标为NH3的残余率（%）。 例7：同例5，加入光催化剂为3克，光照反应10分钟，可使反应容器内的硫化氢全部光解，见图1中b曲线。
例8：同例7、使容器中CH3SH初始浓度为10ppm，光照15分钟后，CH3SH全部光解。
例9：同例6，催化剂用量为3g，对氨的光解结果见图2中b曲线。
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说 明 书 附 图
图1
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第1/2页
91111644.3说 明 书 附 图 第2/2页
图2
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