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一种铜离子光触媒杀菌除味薄膜的制备方法及其在灯具上的应用.pdf

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一种 离子 触媒 杀菌 薄膜 制备 方法 及其 灯具 应用
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摘要
申请专利号:

CN201910033637

申请日:

20190115

公开号:

CN109622021A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: B01J27/25;B01J35/06;F21V3/10;B01D53/86 主分类号: B01J27/25;B01J35/06;F21V3/10;B01D53/86
申请人: 晋中艾珂灵科技有限公司
发明人: 乔晋峰
地址: 030000 山西省晋中市山西示范区晋中开发区汇通产业园园区东街89号
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910033637

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类?#20572;?/td>

公开

摘要

本发明提供一种铜离子?光触媒杀菌除味薄膜的制备方法及其在灯具上的应用,其由铜离子与和光触媒材料按Cu/Ti摩尔质量百分比为0.009~0.05复合得铜离子?光触媒的复合材料;复合材料与蒸馏水?无水乙醇制备的浆料超声制得菌除味剂浆料,涂覆后经加热制得铜离子?光触媒杀菌除味薄膜。本发明中铜离子本身具有杀菌作用,在无光条件下,材料薄膜同样具有杀菌除味性能;铜离子掺杂的光触媒光催化剂几乎可以分解任何有机物,且不会造成二次污染,能耗低,材料自身无损耗,结合空气中的水和氧气发生氧化还原反应,并在表面形成强氧化性的氢氧自由基,从而能将空气中的有机物和有害气体等物质分解,达到空气净化、杀菌、除臭和防霉的功效。

权利要求书

1.一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备方法,其特征在于:所述一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜,包括铜离子和光触媒材料,所述铜离子与和光触媒材料的Cu/Ti摩尔质量百分比为0.009~0.05;铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备方法,具体?#34903;?#20026;: (1)a、量取0.5 mol/L的TiCl4溶液90 mL在70 ℃磁力搅拌30 min,按照预定配比缓慢滴加0.3 mol/L的Na2SiO3溶液,滴加结束,继续搅拌20 min; b、称取Cu/Ti摩尔质量百分比为0.009~0.05%的硝酸铜,并溶于15 mL无水乙醇中,在磁力搅拌器的搅拌下,以1滴/s的速率缓慢滴加于上一步所得混合溶液中; c、缓慢滴加3 mol/L氨水溶液调节pH值至5.15,使溶液产生沉淀,陈化20h; d、将搅拌均匀的混合溶液置于微波合成反应仪,温度130~150 ℃,功率100~150 W条件下反应20~40 min,反应结束后既得铜离子—光触媒(Cu2+/TiO2—SiO2)的复合材料; (2)称量2~5 g上诉制备好的物料加入100 mL烧杯中,将蒸馏水和无水乙?#21450;?#29031;质量百分比为1:0.1混合制?#23665;?#26009;,将浆液边搅拌边缓缓加入烧杯,复合材料与浆液的质量百分比为1~3:100,然后超声至完全溶解,得到铜离子-光触媒杀菌除味剂浆料; (3)在PC板上采用现有技术涂覆一层铜离子-光触媒杀菌除味剂浆料,现有技术包括浸渍、喷涂、辊涂、化学沉积或提拉,然后在空气中进行加热处理,加热温度控制在60~70 ℃,加热时间为30 min,得到该铜离子-光触媒杀菌除味薄膜; 所述铜离子材料为硝酸铜,所述光触媒的材料为纳米TiO2、SiO2; 所述?#34903;瑁?)中的预定比例为SiO2质量百分比含量5%、10%、15%、20%、30%。 2.一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜在灯具上的应用,灯具结构包括光源、灯罩、铝箔外壳、?#24378;?#21147;板和?#24378;?#21147;板上的反射点;其特征在于:灯罩表面涂覆有铜离子-光触媒杀菌除味薄膜。 3.根据权利要求2所述一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜在灯具上的应用,其特征在于:所述灯罩为平板灯?#21482;?#32858;光透镜灯罩。 4.根据权利要求2所述一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜在灯具上的应用,其特征在于,所述灯具光源的色温为8000~10000 K 、6000~6500 K、3000~3200 K,光源发光波段为390 ~780 nm的自然光。 5.根据权利要求2所述一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜在灯具上的应用,其特征在于:所述的铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的吸收光谱波长为300 ~800 nm的连续波段。 6.根据权利要求2所述一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜在灯具上的应用,其特征在于:所述铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的厚度为0.1~10 μm。

说明书


一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备方法及其在灯具上的应用
技术领域


本发明涉及光触媒杀菌除味,具体涉及一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备
方法及其在灯具上的应用。


技术背景


健康的基本是空气,而我们每天生活和工作的大气环境中都会存在很多对身体不
利的有毒有害气体。室内环境中挥发性有机污染物分为四类:极易挥发性有机物 (VVOCs)、
挥发性有机物(VOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)和与颗粒物或颗粒有机物有关的有机物
(POM),而在对室内有机污染物的检测方面基本上以VOCs代表有机物的污染状况。1989年美
国环境保护局层检测到900多中存在室内的VOCs。室内环境中 VOCs的来源主要是?#23665;?#31569;材
料、清洁剂、油漆、含水涂料、粘合剂、化妆品和洗涤剂等释放出来的,此外吸烟过程中?#19981;?br>产生。


由于人们的生产和生活活动,使得空气中可存在某些微生物,包括一些病原微生
物在内,并通过空气引起疾病的传播。特别在通风不良、人员拥挤的环境中,室内空气会有
较多的微生物存在。人类活动的室内环境包括涉及工作、学习娱乐、购物等各方面的办公
室、学校教室、体育馆、医院、写字楼等相对封闭的各种场所。人的一生有70~90%的时间在室
内渡过,因此室内环?#25345;?#37327;对人们的生活和工作质量及身体健康影响?#23545;?#36229;过室外环境,
因此如何灭杀室内空气中有害物质,如装饰材料等释放出的甲醛以及生活环境中产生的甲
硫醇等挥发性污染物以及各类致病菌,成为人们日益关切地问题。


光催化剂又被称为光触媒,就是能在光子的激发下起到催化作用的化学物质的统
称,可以运用于环境净化、自清洁材料、先进新能源、高效抗菌等多种前沿领域。微量金属离
子的掺杂?#19978;?#33879;改变光触媒纳米二氧化钛薄膜表面的微结构,大幅增大了薄膜与电解液的
接触界面,为载流子在固液界面的传输创造了极为有利的条件,这在很大程度上提高了薄
膜的光电性能,使薄膜的光催化性能更突出;此外,部分金属离子本身具有杀菌作用,在无
光条件下,材料薄膜同样具有杀菌除味性能。光催化剂几乎可以分解任何有机物,且不会造
成二次污染,能耗低,材料自身无损耗,因此光催化材料的应用越来越广泛。现有技术
CN201340037、CN102980068、CN2695784、CV201429058和CN102840565等专利已提出了一种
家用空气净化灯具,主要是采用在灯具的光源上增加紫外波段,通过紫外光线照射光催化
剂涂层来实现光催化净化功能。已有技术虽然能实现空气净化作用,但是由于使用到了紫
外线灯,容易造成紫外线外漏,紫外线对人类的皮肤和视力都有?#29616;?#30340;损害,因此不是室内
净化的最佳方案。


发明内容


针对上述现有技术存在的缺陷,本发明的目的在于提供:一种铜离子-光触媒杀菌
除味薄膜的制备方法及其在灯具上的应用。


为实现上述目的,本发明所采取的技术方案是:提供一种铜离子-光触媒杀菌除味
薄膜的制备方法及其在灯具上的应用,所述铜离子-光触媒杀菌除味薄膜,由铜离子与和光
触媒材料按Cu/Ti摩尔质量百分比为0.009~0.05复合而成。


一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备方法,所述制备方法包括以下?#34903;瑁?br>

(1)a、量取0.5 mol/L的TiCl
4溶液90 mL在70 ℃磁力搅拌30 min,按照预定配比(SiO
2
质量百分比含量5%、10%、15%、20%、30%)缓慢滴加0.3 mol/L的Na
2SiO
3溶液,滴加结束,继续
搅拌20 min;


b、称取Cu/Ti摩尔质量百分比为0.009~0.05%的硝酸铜,并溶于15 mL无水乙醇中,在磁
力搅拌器的搅拌下,以1滴/s的速率缓慢滴加于上一步所得混合溶液中;


c、缓慢滴加3 mol/L氨水溶液调节pH值至5.15,使溶液产生沉淀,陈化20h;


d、将搅拌均匀的混合溶液置于微波合成反应仪,温度130~150 ℃,功率100~150 W条
件下反应20~40 min,反应结束后既得铜离子—光触媒(Cu
2+/TiO
2—SiO
2)的复合材料;


(2)称量2~5 g上诉制备好的物料加入100 mL烧杯中,将蒸馏水和无水乙?#21450;?#29031;质量
百分比为1:0.1混合制?#23665;?#26009;,将浆液边搅拌边缓缓加入烧杯,复合材料与浆液的质量百分
比为1~3:100,然后超声至完全溶解,得到铜离子-光触媒杀菌除味剂浆料;


(3)在PC板上采用现有技术涂覆一层铜离子-光触媒杀菌除味剂浆料,现有技术包括浸
渍、喷涂、辊涂、化学沉积或提拉,然后在空气中进行加热处理,加热温度控制在60~70 ℃,
加热时间为30 min,得到该铜离子-光触媒杀菌除味薄膜。


所述的铜离子-光触媒杀菌除味薄膜中的铜离子材料为硝酸铜,所述的光触媒的
材料为纳米二氧化钛TiO
2、纳米二氧化硅SiO
2,所述纳米SiO
2和纳米TiO
2材料的质量百分比
为 5%~30%。


一种具有铜离子-光触媒杀菌除味薄膜应用于灯具,灯具包括光源、铝箔外壳、灯
罩、?#24378;?#21147;板和?#24378;?#21147;板上的反射点;其中在灯罩表面涂覆有铜离子-光触媒杀菌除味薄
膜。


所述灯罩为平板灯?#21482;?#32858;光透镜灯罩。


所述灯具光源的色温为8000~10000 K 、6000~6500 K、3000~3200 K,光源发光
波段为390 ~780 nm的自然光。


所述铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的吸收光谱波长为300~800 nm的连续波段。


所述的铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的厚度为0.1~10 μm。


本发明所提供的技术方案中,Cu
2+掺杂可使Cu
2+成为光生电子—空穴对的浅势捕
获阱,Cu
2+的外层电子结构为3d
94s
0,捕获一个光生电子后生成全充满状态的外层电子结构
为3d
104s
0的Cu
2+,具有一定的稳定性,光生电子被Cu
2+捕获后,难与空穴再结合,从而延长电
子与空穴的复合时间,使Cu
2+/TiO
2—SiO
2催化剂表面产生更多的氢氧自由基(?OH),使薄膜
的光催化性能更突出。


本发明具有积极的效果:铜离子本身具有杀菌作用,在无光条件下,材料薄膜同样
具有杀菌除味性能。有铜离子掺杂的光触媒光催化剂几乎可以分解任何有机物,且不会造
成二次污染,能耗低,材料自身无损耗,结合空气中的水和氧气发生氧化还原反应,并在表
面形成强氧化性的氢氧自由基(?OH)及性离子(0
-
2),从而能将空气中的有机物和有害气体
等物质分解,达到空气净化、杀菌、除臭和防霉的功效。


具体实施方式


本发明的实施方式提供一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜,包括铜离子与和光触
媒材料的Cu/Ti摩尔质量百分比为0.009~0.05。


实施方式中光触媒材料主要有纳米级的TiO
2、ZnO、CdS、WO
3、Fe
2O
3、PbS、SnO
2、ZnS、
SrTiO
3、SiO
2等中的一种或几种。铜离子-光触媒杀菌除味薄膜中的铜离子材料为硝酸铜,光
触媒的材料为纳米TiO
2、SiO
2。


实施例1


一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备方法,该制备方法包括以下?#34903;瑁?br>

(1)铜离子与光触媒复合光催化剂制备


a、量取TiCl
4溶液3mL滴入5 ℃以下的280 mL去离子水中,搅拌 30 min;


b、滴加NaOH溶液调节pH值至7,使TiCl
4溶液产生沉淀,将得到的白色沉淀用去离子水
洗涤抽滤,以除去大部分的Na
+和Cl
-;


c、将洗涤后的沉淀用去离子水稀释,并加入具体含量在9 mL的硅酸四乙酯,不断搅拌
成为白色悬?#19988;海?#28404;加H
2O
2( 30% )至上述浑?#19988;?#24182;不停搅拌,直至全部转变成清亮的桔黄
色溶液;


d、称取Cu/Ti摩尔质量百分比为0.05的硝酸铜,在磁力搅拌器的搅拌下,以1滴/s的速
率缓慢滴加于上一步所?#23186;?#40644;色溶液中并搅拌均匀,继续搅拌陈化一定时间;


e、将上述溶液在水浴锅中加热至100 ℃并保温5 h,得到铜离子与光触媒的复合材料。


(2)铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的喷涂


称量5 g上诉制备好的物料加入100 mL烧杯中,将蒸馏水和无水乙?#21450;?#29031;质量百分比
为1:0.01混合制?#23665;?#26009;,将浆液边搅拌边缓缓加入烧杯,复合材料与浆液的质量百分比为
3:100,然后超声至完全溶解,得到铜离子-光触媒杀菌除味剂浆料;用专业喷枪喷涂于灯罩
外表面形成一层厚度为10μm的薄膜,然后在70 ℃的烘箱内加热固化30 min,得到铜离子-
光触媒杀菌除味薄膜。


本实施方法中灯具光源可以为色温8000~10000 K。


实施例2


一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备方法,该制备方法包括以下?#34903;瑁?br>

(1)铜离子与光触媒复合光催化剂制备


a、量取TiCl
4溶液3mL滴入5 ℃以下的280 mL去离子水中,搅拌 30 min;


b、滴加NaOH溶液调节pH值至7,使TiCl
4溶液产生沉淀,将得到的白色沉淀用去离子水
洗涤抽滤,以除去大部分的Na
+和Cl
-;


c、将洗涤后的沉淀用去离子水稀释,并加入具体含量在3 mL的硅酸四乙酯,不断搅拌
成为白色悬?#19988;海?#28404;加H
2O
2( 30% )至上述浑?#19988;?#24182;不停搅拌,直至全部转变成清亮的桔黄
色溶液;


d、称取Cu/Ti摩尔质量百分比为0.03的硝酸铜,在磁力搅拌器的搅拌下,以1滴/s的速
率缓慢滴加于上一步所?#23186;?#40644;色溶液中并搅拌均匀,继续搅拌陈化一定时间;


e、将上述溶液在水浴锅中加热至100 ℃并保温5 h,得到铜离子与光触媒的复合材料。


(2)铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的喷涂


称量3 g上诉制备好的物料加入100 mL烧杯中,将蒸馏水和无水乙?#21450;?#29031;质量百分比
为1:0.01混合制?#23665;?#26009;,将浆液边搅拌边缓缓加入烧杯,复合材料与浆液的质量百分比为
2:100,然后超声至完全溶解,得到铜离子-光触媒杀菌除味剂浆料;用专业喷枪喷涂于灯罩
外表面形成一层厚度为0.3 μm的薄膜,然后在70 ℃的烘箱内加热固化30 min,得到铜离
子-光触媒杀菌除味薄膜。


本实施方法中灯具光源可以为色温6000~6500 K。


实施例3


一种铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的制备方法,该制备方法包括以下?#34903;瑁?br>

(1)铜离子与光触媒复合光催化剂制备


a、量取TiCl
4溶液3mL滴入5 ℃以下的280 mL去离子水中,搅拌 30 min;


b、滴加NaOH溶液调节pH值至7,使TiCl
4溶液产生沉淀,将得到的白色沉淀用去离子水
洗涤抽滤,以除去大部分的Na
+和Cl
-;


c、将洗涤后的沉淀用去离子水稀释,并加入具体含量在1mL的硅酸四乙酯,不断搅拌成
为白色悬?#19988;海?#28404;加H
2O
2( 30% )至上述浑?#19988;?#24182;不停搅拌,直至全部转变成清亮的桔黄色
溶液;


d、称取Cu/Ti摩尔质量百分比为0.009的硝酸铜,在磁力搅拌器的搅拌下,以1滴/s的速
率缓慢滴加于上一步所?#23186;?#40644;色溶液中并搅拌均匀,继续搅拌陈化一定时间;


e、将上述溶液在水浴锅中加热至100 ℃并保温5 h,得到铜离子与光触媒的复合材料。


(2)铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的喷涂


称量2 g上诉制备好的物料加入100 mL烧杯中,将蒸馏水和无水乙?#21450;?#29031;质量百分比
为1:0.01混合制?#23665;?#26009;,将浆液边搅拌边缓缓加入烧杯,复合材料与浆液的质量百分比为
1:100,然后超声至完全溶解,得到铜离子-光触媒杀菌除味剂浆料;用专业喷枪喷涂于灯罩
外表面形成一层厚度为0.3 μm的薄膜,然后在70 ℃的烘箱内加热固化30 min,得到铜离
子-光触媒杀菌除味薄膜。


本实施方法中灯具光源可以为色温3000~3200 K。


以上实施例中,自然光LED光源下照射24 h,光催化降解甲醛的效率达到90.3%,氨
去除率达到90.5%,苯去除率达到87.0%,TVOC去除率达到91.6%,大肠杆菌去除率达到
99.81%,金黄色葡?#20122;?#33740;去除率达90.27%;其中铜离子-光触媒杀菌除味薄膜的吸收光谱波
长为300 ~800 nm的连续波段。


本实施方式中在灯具罩外表面喷涂铜离子的掺杂光触媒纳米二氧化钛薄膜,在灯
具光源照射下,微量铜离子的掺杂显著改变了光触媒纳米二氧化钛薄膜表面的微结构,大
幅增大了薄膜与电解液的接触界面,为载流子在固液界面的传输创造了极为有利的条件,
这在很大程度上提高了薄膜的光电性能,使薄膜的光催化性能更突出,更加安全;此外,铜
离子本身具有杀菌作用,在无光条件下,材料薄膜同样具有杀菌除味性能。有铜离子掺杂的
光触媒光催化剂几乎可以分解任何有机物,且不会造成二次污染,能耗低,材料自身无损
耗,结合空气中的水和氧气发生氧化还原反应,并在表面形成强氧化性的氢氧自由基(?OH)
及性离子(0
-
2),从而能将空气中的有机物和有害气体等物质分解,达到空气净化、杀菌、除
臭和防霉的功效。


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