多元组合光催化剂制备方法.pdf

本发明公开了一种多元组合光催化剂的制备方法，该方法包括A步骤：采集喷涂现场的环境数据；B步骤：根据所述环境数据生成制备所述新型多元组合光催化剂的水、分散剂及多种光催化剂的用量表；和C步骤：根据所述用量表制备所述新型多元组合光催化剂。采用该方法对光催化剂进行现场制备，可以解决多元光催化剂的长期储存、运输以及不同现场环境对不同光催化剂组分的要求不同的问题，同时可以大幅提高催化效果。

1.  一种新型多元组合光催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A步骤：采集喷涂现场的环境数据；
B步骤：根据所述环境数据生成制备所述新型多元组合光催化剂所需要的水、分散剂及多种光催化剂的组成表及制备工艺参数；和
C步骤：根据所述多种光催化剂的组成表和所述制备工艺参数制备所述新型多元组合光催化剂。

2.  根据权利要求1所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，所述A步骤中的所述环境数据包括：所述喷涂现场的喷涂面积、室温、湿度和对人体有害的气体的浓度。

3.  根据权利要求2所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，所述对人体有害的气体包括以下气体中的至少一种：PM10、PM2.5、甲醛、苯、甲苯、二甲苯和TVOC。

4.  根据权利要求1所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，所述B步骤中的所述多种光催化剂为纳米粒径在5-10nm之间的光催化剂。

5.  根据权利要求1所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，所述B步骤中的所述多种光催化剂包括三种光催化剂：
第一光催化剂，所述第一光催化剂为TiO₂与ZnO的组合物，且所述第一光催化剂中TiO₂与ZnO的质量比为9:1；
第二光催化剂，所述第二光催化剂为TiO₂和Fe₂O₃的组合物，且所述第二光催化剂中TiO₂与Fe₂O₃的质量比为2:8；和
第三光催化剂，所述第三光催化剂为ZnO与Al₂O₃的组合物，且所述ZnO与Al₂O₃的质量比为7～9:3～1。

6.  根据权利要求5所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，
所述多元组合光催化剂总量A＝喷涂面积*[1+(室温-23)‰]*[1-(湿度-40)‰]*1.1*10；
所述第一光催化剂的用量B＝[1+(甲醛浓度-0.1)*0.168]*(5‰*A)；
所述第二光催化的用量C＝[1+(TVOC浓度-0.06)*0.168]*(0.5‰*A)；
所述第三光催化剂的用量D＝[1+max[(苯浓度-0.11)/0.11，(甲苯浓度-0.20)/0.20，(二甲苯浓度-0.20)/0.20]/100]*(1‰*A)；
所述分散剂用量E：(B+C+D)＝10：1；和
所述水的用量F＝A-B-C-D-E，
其中，所述水为去离子水，所述A、B、C、D、E和F的单位是g，所述喷涂面积单位为m²，所述室温的单位为℃，所述湿度为相对湿度，所述甲醛浓度、所述TVOC浓度、所述苯浓度、所述甲苯浓度和所述二甲苯浓度的单位为mg/m³。

7.  根据权利要求6所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，
当所述甲醛浓度小于0.1mg/m³时，所述第一光催化剂的用量B的计算公式中甲醛浓度计为0.1mg/m³；当所述TVOC浓度小于0.06 mg/m³时，所述第二光催化剂的用量C的计算公式中TVOC浓度计为0.06mg/m³；当所述苯的浓度小于0.11mg/m³时，所述第三光催化剂的用量D的计算公式中苯的浓度计为0.11mg/m³；当所述甲苯浓度小于0.20mg/m³，所述第三光催化剂的用量D的计算公式中甲苯的浓度计为0.20mg/m³；当所述二甲苯浓度小于0.20mg/m³时，所述第三光催化剂的用量D的计算公式中二甲苯的浓度计为0.20mg/m³；和
当所述甲醛浓度大于2.0mg/m³、所述TVOCE浓度大于2.4mg/m³、所述苯浓度大于3.52mg/m³、所述甲苯浓度大于6.2mg/m³或者所述二甲苯浓度大于6.2mg/m³时，停止生成所述多元组合光催化剂制备表的操作。

8.  根据权利要求6所述的多元组合光催化剂，其中，所述多元组合光催化剂中所述第一光催化剂、所述第二光催化剂和所述第三光催化剂的总的质量浓度在10‰-15‰之间。

9.  根据权利要求1所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，所述多元组合光催化剂的制备工作条件为：
交流电压：220V±10％；
加热功率：600～1200W；
搅拌转速：100～1800r/min；
电机转距：25mN·m；
反应温度：20～50℃；
多元组合光催化剂制备总量：5000～10000ml/次；和
混合时长：5min。

10.  根据权利要求5所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，所述C步骤包括以下步骤：
C1步骤：制备所述第一光催化剂、所述第二光催化剂、所述第三光催化剂和分散剂；和
C2步骤：使用所述第一、第二和第三光催化剂制备所述多元组合光催化剂。

11.  根据权利要求10所述多元组合光催化剂制备方法，其中，所述C2步骤中包括以下步骤：
C21步骤：在制备容器中注入分散剂；
C22步骤：在所述分散剂中依次投入所述第一光催化剂、所述第二光催化剂和所述第三光催化剂；
C23步骤：搅拌大约5分钟；
C24步骤：注入所述去离子水；和
C5步骤：搅拌15分钟。

12.  根据权利要求10所述的多元组合光催化剂制备方法，其中，
所述C23步骤中，温度为23℃，搅拌转速为1000r/min；和
所述C25步骤中，温度为23℃，搅拌转速为1000r/min。

多元组合光催化剂制备方法
技术领域
本发明涉及光催化剂的制备领域，尤其涉及一种多元组合光催化剂制备方法。
背景技术
光催化剂是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称，例如：TiO₂、Fe₂O₃、MoO₃、Al₂O₃、WO₃、V₂O₃、Tb₂O₃、SnO、CuO、NiO、ZnO、CdS、CdSe、SrTiO₃等。
光催化功能材料可以在光线的激发下，表面自行产生光生电子、空穴、以及多种活性集团，从而发生持续的氧化还原反应，具有环境净化、降解有机污染物、抗菌杀菌、表面自清洁、超亲水性和超斥水性等多种特殊功能。它在环境污染控制与治理方面具有广泛的应用前景。不同光催化剂对不同的有机挥发物降解效率、速率也有所不同，甚至区别较大。如果将不同光催化剂粉体原料混合分散，并充分发挥各组分不同的功效，将大大促进光催化剂的实际应用。但是，目前将多种光催化剂混合尚存在不易长期储存、运输的问题，同时，不同的应用环境对组合型光催化剂中多种组分的组成比例要求不同，这是现有的组合型光催化剂不能解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多元组合光催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
A步骤：采集喷涂现场的环境数据；
B步骤：根据环境数据生成制备新型多元组合光催化剂的水、分散剂及多种光催化剂的组成表及制备工艺参数；和
C步骤：根据多种光催化剂的组成表和制备工艺参数制备新型多元组合光催化剂。
进一步地，上述A步骤中的环境数据包括：
喷涂现场的喷涂面积、室温、湿度和对人体有害的气体的浓度。
进一步地，上述对人体有害的气体包括：
PM10、PM2.5、甲醛、苯、甲苯、二甲苯和TVOC。
进一步地，上述B步骤中的多种光催化剂为纳米粒径在5-10nm之间。
进一步地，上述B步骤中的多种光催化剂为三种，包括：
第一光催化剂，第一光催化剂为TiO₂与ZnO的组合物，且第一光催化剂中TiO₂与ZnO的质量比为9:1；
第二光催化剂，第二光催化剂为TiO₂和Fe₂O₃的组合物，且第二光催化剂中TiO₂与Fe₂O₃的质量比为2:8；和
第三光催化剂，第三光催化剂为ZnO与Al₂O₃的组合物，且ZnO与Al₂O₃的质量比为7～9:3～1。
进一步地，多元组合光催化剂总量A＝喷涂面积*[1+(室温-23)‰]*[1-(湿度-40)‰]*1.1*10；
第一光催化剂的用量B＝[1+(甲醛浓度-0.1)*0.168]*(5‰*A)；
第二光催化的用量C＝[1+(TVOC浓度-0.06)*0.168]*(0.5‰*A)；
第三光催化剂的用量D＝[1+max[(苯浓度-0.11)/0.11，(甲苯浓度-0.20)/0.20，(二甲苯浓度-0.20)/0.20]/100]*(1‰*A)；
分散剂用量E：(B+C+D)＝10：1；和
水的用量F＝A-B-C-D-E；
其中，水为去离子水，A、B、C、D、E和F的单位是g，喷涂面积单位为m²，室温的单位为℃，湿度为相对湿度，甲醛浓度、TVOC浓度、苯浓度、甲苯浓度和二甲苯浓度的单位为mg/m³。
进一步地，当甲醛浓度小于0.1mg/m³时，第一光催化剂的用量B的计算公式中甲醛浓度计为0.1mg/m³；当TVOC浓度小于0.06mg/m³时，第二光催化剂的用量C的计算公式中TVOC浓度计为0.06mg/m³；当苯的浓度小于0.11mg/m³时，第三光催化剂的用量D的计算公式中苯的浓度计为0.11mg/m³；当甲苯浓度小于0.20mg/m³，第三光催化剂的用量D的计算公式中甲苯的浓度计为0.20mg/m³；当二甲苯浓度小于0.20mg/m³时，第三光催化剂的用量D的计算公式中二甲苯的浓度计为0.20mg/m³；和
当甲醛浓度大于2.0mg/m³、TVOCE浓度大于2.4mg/m³、苯浓度大于3.52mg/m³、甲苯浓度大于6.2mg/m³或者二甲苯浓度大于6.2mg/m³时，停止生成多元组合光催化剂制备表的操作。
进一步地，多元组合光催化剂中第一光催化剂、第二光催化剂和第三光催化剂的总的质量浓度在10‰-15‰之间。
进一步地，多元组合光催化剂的制备工作条件为：
交流电压：220V±10％；
加热功率：600～1200W；
搅拌转速：100～1800r/min；
电机转距：25mN·m；
反应温度：20～50℃；
多元组合光催化剂制备总量：5000～10000ml/次；和
混合时长：5min。
进一步地，上述C步骤包括以下步骤：
C1步骤：制备第一光催化剂、第二光催化剂、第三光催化剂和分散剂；和
C2步骤：使用第一光催化剂、第二光催化剂和第三光催化剂制备多元组合光催化剂。
进一步地，上述C2步骤中包括以下步骤：
C21步骤：在制备容器中注入分散剂；
C22步骤：在分散剂中依次投入第一光催化剂、第二光催化剂和第三光催化剂；
C23步骤：搅拌大约5分钟；
C24步骤：注入去离子水；和
C5步骤：搅拌15分钟。
进一步地，C23步骤中，温度为23℃，搅拌转速为1000r/min；C25步骤中，温度为23℃，搅拌转速为1000r/min。
根据本发明实施例的多元组合光催化剂制备方法可以对现场环境数据进行测量，然后根据环境数据制备出适合该环境的多元组合光催化剂，可以有效解决现有多元组合光催化剂的长期储存、运输以及不同环境对不同光催化剂组分的要求不同的三个问题；另一方面，通过控制多元组合光催化剂中有效成分的浓度，使得催化效果得到明显提高。
附图说明
本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：
图1为根据本发明实施例的多元组合光催化剂制备方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的多元组合光催化剂制备方法进行进一步说明。
参照图1，根据本发明实施例的新型多元组合光催化剂制备方法包括以下步骤：
A步骤：采集喷涂现场的环境数据。该步骤中可以采取测量仪器 对待喷涂现场中的环境数据进行采集，并且可以根据客户的特别要求，选择所要采集的数据种类。通过对环境数据进行现场采集，可以为制定多元组合光催化剂的组分表提供依据，从而适应不同环境中有害物质的种类制备多元组合光催化剂，使光催化剂的使用效率达到最优。
B步骤：根据所采集的环境数据生成制备新型多元组合光催化剂所需要的水、分散剂及多种光催化剂的组成表及制备工艺参数。根据所检测到的现场环境数据配制新型多元组合光催化剂，可以使多元组合光催化剂中的多种光催化剂的构成结构对特定的环境更有针对性，从而提高了光催化剂的使用效率。
C步骤：根据上述B步骤中的多种光催化剂的组成表和制备工艺参数制备新型多元组合光催化。现场生产多元组合光催化剂，避免了光催化的储存和运输过程，可以有效保持多元组合光催化剂中各种组分的催化性能及整体的氧化效果。
进一步地，上述A步骤中的环境数据包括：喷涂现场的喷涂面积、室温、湿度和对人体有害的气体的浓度数据。其中，喷涂面积、室温和湿度对需要制备的多元组合光催化剂的总量器决定作用；喷涂现场各种对人体有害气体的浓度数据决定了制备多元组合光催化剂所需的多种光催化剂的用量。特别地，用户也可以自行决定对某种特定有害气体的浓度进行检测，进而制定制备多元组合光催化剂的用量表。
其中，上述对人体有害的气体可以包括PM10、PM2.5、甲醛、苯、甲苯、二甲苯和TVOC中的至少一种。当然，本发明不局限于此，也可以根据具体情况采用相关设备对其它种类的有害气体进行检 测。
进一步地，上述多种光催化剂为纳米粒径在5-10nm之间的粉体原料，该纳米粒径的光催化剂对有害气体的降解效率最优，同时避免生成更小粒径的光催化剂所带来的经济成本的提高。
在根据本发明的一个实施例的多元组合光催化剂的制备方法中，上述多种光催化可以为三种，包括第一光催化剂、第二光催化剂和第三光催化剂。其中，第一光催化剂可以是第一光催化剂为TiO₂与ZnO的组合物，且所述第一光催化剂中TiO₂与ZnO的质量比为9:1，第一光催化剂中的TiO₂与ZnO对环境中的甲醛气体具有良好催化效果；第二光催化剂可以是TiO₂与Fe₂O₃的组合物，且第二光催化剂中TiO₂与Fe₂O₃的质量比为2:8，第二光催化剂可以对喷涂现场TVOC进行催化；第三光催化剂可以是ZnO与Al₂O₃的组合物，且第三光催化剂中ZnO与Al₂O₃的质量比为7～9:3～1，第三催化剂可以用于对喷涂现场的有害气体苯、甲苯和二甲苯进行催化。上述三种光催化剂可以提前制备作为原料，也可以现场制备以避免储存和长途运输。需要指出的是，在制备上述三种光催化剂时，在保证有效成分配比正确的前提下，可以采用制备者现有的制备方法制备。
进一步地，经过多次重复实验，上述B步骤中，制备多元组合光催化剂所需的各组分的用量可用以下公式计算得到：
根据喷涂面积、室温和湿度计算需要制备的多元组合光催化剂的总量A＝喷涂面积*[1+(室温-23)‰]*[1-(湿度-40)‰]*1.1*10。其中，总量A的单位为g，喷涂面积单位是m²，室温的单位是℃，湿度 为相对湿度。由此，根据具体喷涂环境得到相应的制备总量，可以达到定量使用原料、节约成本的目的。
根据喷涂现场的甲醛的浓度计算所要制备的多元组合光催化剂中第一光催化剂的用量B＝[1+(甲醛浓度-0.1)*0.168]*(5‰*A)。其中，用量A和B的单位是g，甲醛浓度单位是mg/m³。由此，根据喷涂环境中甲醛的浓度、多元组合光催化剂的制备总量来确定多元组合光催化剂中对甲醛具有良好催化效果的第一光催化剂的含量。
根据喷涂现场TVOCE的浓度数据计算所要制备的多元组合光催化剂中第二光催化剂的用量C＝[1+(TVOC浓度-0.06)*0.168]*(0.5‰*A)。其中，A和C的单位是g，TVOC浓度的单位是mg/m³。由此，根据喷涂环境中TVOC的浓度、多元组合光催化剂的制备总量来确定多元组合光催化剂中对TVOC具有良好催化效果的第二光催化剂的含量。
根据喷涂现场的苯、甲苯和二甲苯的浓度数据计算所要制备的多元组合光催化剂中第三光催化剂的用量D＝[1+max[(苯浓度-0.11)/0.11，(甲苯浓度-0.20)/0.20，(二甲苯浓度-0.20)/0.20]/100]*(1‰*A)。其中，A和D的单位是g，苯浓度、甲苯浓度和二甲苯浓度的单位是mg/m³。由此，根据喷涂环境中苯、甲苯、二甲苯和多元组合光催化剂的制备总量来确定多元组合光催化剂中对TVOC具有良好催化效果的第三光催化剂的含量。
上述公式是通过多次实验总结并在实验室的标准环境中对所得公式进行验证和调整，最终得到上述最优的算法。下面列出多元组合 光催化剂有效成分浓度选择实验、有害气体去除率90％以上时三种光催化剂的用量情况实验数据。
表一是多元组合光催化剂有效成分浓度与有害气体去除率关系的实验记录：

表一
由上述实验数据可以知道，多元组合光催化剂的有效成分的浓度(即第一光催化剂、第二光催化剂和第三光催化剂的总的质量浓度)在10‰以下时，有害气体的去除率仅能达到75％；多元组合光催化剂的有效成分的浓度高于15‰时则会产生团聚现象，有害气体去除效率降低，甚至无效，所以，当多元组合光催化剂中的有效成分的浓度在10‰-15‰之间时，有害气体的去除率最高，即催化效果最好。
表二是设定喷涂面积为100m²时，根据现场测得的室温和相对湿度数据，多元组合光催化剂的制备总量的实验记录：

表二
表三是设定光催化剂总量为10000g，1小时后甲醛去除率达到95％以上时，第一光催化剂用量的实验记录：
实验记录数据

表三
同时，在上述实验中，当甲醛浓度小于0.1mg/m³时，第一光催化剂的用量B的计算公式中，甲醛浓度计为0.1mg/m³；当甲苯浓度大于2.0mg/m³时，停止生成多元组合光催化剂制备表的操作。采用此方案使得当室内甲醛浓度小于标准值(甲醛浓度小于0.1mg/m³) 时，在计算第一光催化剂的用量的公式中相应的有害气体的浓度输入标准值，从而制备浓度较低的多元组合光催化剂，节省了成本。
表四是设定光催化剂总量为10000g，24小时后TVOC去除率达到90％以上时，第二光催化剂用量的实验记录：
实验记录数据

表四
同时，上述实验中，当TVOC浓度小于0.06mg/m³时，在第二光催化剂的用量C的计算公式中，TVOC浓度计为0.06mg/m³；当TVOC浓度大于2.4mg/m³时，停止生成多元组合光催化剂制备表的操作。采用此方案使得当室内TVOC浓度小于标准值(TVOC浓度小于0.06mg/m³)时，在计算第二光催化剂的用量的公式中相应的有害气体的浓度输入标准值，从而制备浓度较低的多元组合光催化剂，节省了成本。
表五是设定光催化剂总量为10000g，24小时后苯、甲苯和二甲苯去除率均达到90％以上时，第三光催化剂的用量实验记录：
实验记录数据

表五
同时，在上述实验中，当苯的浓度小于0.11mg/m³时，第三光催化剂的用量D的计算公式中苯的浓度计为0.11mg/m³；当甲苯浓度小于0.20mg/m³时，第三光催化剂的用量D的计算公式中甲苯的浓度计为0.20mg/m³；当二甲苯浓度小于0.20mg/m³时，计算第三光催化剂的用量D的公式中二甲苯的浓度计为0.20mg/m³。当苯浓度大于3.52mg/m³、甲苯浓度大于6.2mg/m³或者二甲苯浓度大于6.2mg/m³时，停止生成多元组合光催化剂制备表的操作。采用此方案使得当室内某种有害气体的浓度小于标准值(苯的浓度小于0.11mg/m³、甲苯浓度小于0.20mg/m³、二甲苯浓度小于0.20mg/m³)时，计算第三光催化剂的用量的公式中相应的有害气体的浓度输入标准值，从而制备浓度较低的多元组合光催化剂，节省了成本。
采用根据本发明实施例的多元组合光催化剂的制备方法，其中，C步骤，即现场制备步骤又包括：C1步骤：根据上述用量表制备针对现场环境的第一光催化剂、第二光催化剂、第三光催化剂和分散剂的合适用量；C2步骤：使用上述制备的第一光催化剂、第二光催化剂、第三光催化剂、分散液和离子水制备多元组合光催化剂。其中，上述第一光催化剂、第二光催化剂和第三光催化剂的制备在保证有效成分 正确配比的情况下，可以按照本领域技术人员通常所采用的制备方法。同理，在保证多元组合光催化剂的有效成分均匀分散的前提下，上述分散剂也可以按照现有技术、采用通常制备原料进行制备。
进一步地，在上述制备过程中，设定的工作条件为：交流电压：220V±10％；加热功率：600～1200W；搅拌转速：100～1800r/min；电机转距：25mN·m；反应温度：20～50℃；多元组合光催化剂制备总量：5000～10000ml/次；混合时长：5min。
进一步地，上述C2步骤还包括：C21步骤：在制备容器中注入分散剂；C22步骤：在分散剂中依次投入第一光催化剂、第二光催化剂和第三光催化剂；C23步骤：搅拌大约5分钟；C24步骤：注入所述去离子水；和C25步骤：搅拌15分钟。
在根据本发明的另一个实施例中，C23步骤中的工作温度为23℃，搅拌转速为1000r/min；C25步骤中，工作温度为23℃，搅拌转速为1000r/min。
尽管对本发明的典型实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以进行改变，其范围在权利要求书以及其等同物中进行了限定。