用于空气净化的光催化材料的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用光催化剂用于减少微尘的方法以及一种在没有紫外光的情况下也有活性的光催化剂。
【背景技术】
[0002]光催化剂在光辅助的催化反应中被激发。这例如用于使光催化剂表面产生氧基，所述氧基随后再将有害物质氧化并由此能使之无害。已知的光催化活性材料是二氧化钛(T12)。紫外光是激发二氧化钛所必须的。
【发明内容】
[0003]本发明的任务是将光催化效果用于新的应用并为此提供在没有紫外光的情况下也有活性的新型光催化剂。
[0004]根据本发明，该任务通过一种用于减少微尘的方法得以实现，其特征在于，借助一种包含光催化剂的光催化材料在没有紫外光的情况下从气态介质中去除微尘。
[0005]本发明特别涉及一种用于减少微尘的方法，其特征在于，借助一种包含光催化剂的光催化材料在无紫外光成分的目光下从气态介质中去除微尘。
[0006]经本发明确定，通过利用光催化材料的光辅助催化反应实现对微尘的静电吸引力，经此能从气态介质，特别是空气中去除微尘。在此，通过适宜波长的光的作用使光催化材料处于被激发的催化剂状态。在此，需要持续的光作用以维持所述反应。
[0007]在本文中，光催化材料也被称为光催化活性材料。
[0008]根据本发明可使用的光催化材料优选包含光催化剂和任选地包含其他材料如例如粘合剂。在本发明的一种优选实施形式中，所述光催化材料由光催化剂组成。在一种更优选的实施形式中，所述光催化材料包含光催化剂以及粘合剂。
[0009]所述光催化剂，其也可以被称为光催化活性物质，优选具有半导体特性。在光催化活性半导体中，可以通过光子的激发使电子处于能量较高的状态。如果射入的光子的能量足够高，则电子可从一种能量状态，例如从一种能量基态，在室温下转变成导电带的能量状态。在所述电子的原始位置(负电载体)产生电子空穴或空洞，即正电载体。在该位置可交换相邻电子。在该过程下再次产生电子空穴，诸如此类。结果正电载体和负电载体相对分布并能够在材料表面传播。就此产生特别的电荷分布。这种电荷分布产生静电吸引力，经此能够从空气中去除微尘。该效果首次被本申请的发明所确认。特别是根据本发明能够在光催化活性表面通过存在的电荷分布积附微尘颗粒。
[0010]根据本发明，所述光催化剂优选涉及在可见光(即，还特别是不存在紫外光)的照射下也是有活性的。在此，所述电荷分布通过IR或可见光波长范围的光的入射(特别是通过可见光波长范围(400-750nm)的光的入射且无紫外光的入射)产生。这种材料由此也可以用于在内部空间中减少微尘，例如在居住室内或驾驶工具舱室内，其中在使用传统光催化剂如例如二氧化钛的情况下由于缺乏紫外射线而不发生光辅助的催化反应。
[0011]根据本发明的方法可以在日光下实施。特别是在无额外的紫外光的日光下实施。这种无紫外光的目光例如存在于建筑物室内或驾驶工具舱室内，其中阳光必须首先通过玻璃板。但是通过玻璃板，阳光的紫外光成分被阻挡。根据本发明可能的是，该方法在紫外光份额被消弱，特别是波长<350nm、优选<380nm和特别是<390nm的光的份额被消弱至少80%、更优选至少90%、还更优选至少95%和特别是至少98%、最优选至少99%的目光下实施。对于这种优选的实施形式的一个实例是所述实施在室内进行，其中目光首先必须通过针对UV范围内的光没有或仅具有极小通透性的玻璃穿入，例如窗玻璃。在一个优选的实施形式中，该方法在无紫外光成分的目光下实施。这例如，当日光通过厚玻璃穿入并由此紫外光成分被完全去除。
[0012]但是根据本发明的方法也可以在人造光下实施，特别是具有波长380nm至800nm，特别是400至700nm的人造光。
[0013]根据本发明的方法特别是还可以在其中无额外的紫外光入射的环境中实施，并特别是在其中不存在紫外光的环境中实施。因此，根据本发明的方法特别是可以在没有波长<400nm、特别是<380nm、更优选<350nm的光的情况下实施。
[0014]本发明中无紫外光以及无紫外光成分特别是意指，基于总的入射光能量，波长<400nm、特别是<380nm的入射光的总能量份额为〈2%，更优选〈1%，还更优选〈0.1%并最优选为O %。
[0015]根据本发明优选使用光催化剂，其在可见光范围内(即在<3.2eV相应于彡390nm，特别是彡3.1eV相应于彡400nm的情况下)具有带隙。这种光催化剂在可见光波长范围内具有活化能并由此能够无紫外光成分而被激发。
[0016]根据本发明，所述光催化剂优选包含元素Sn、Zn、B1、Ga、Ge、In、Ta、T1、V、W、Sb或TI的至少一种，特别是元素Sn或Zn的至少一种且更优选Zn。
[0017]在优选的实施形式中，所述光催化剂包含Sn。在另一优选的实施形式中，所述光催化剂包含Zn。在另外优选的实施形式中，所述光催化剂包含Sn和Zn。
[0018]在光催化剂中，所述元素优选以具有半导体性质的化合物形式存在，优选作为氧化物。特别优选所述光催化剂包含氧化锡(SnO2)或/和氧化锌(ZnO)，特别是ZnO。
[0019]优选使用一种光催化剂，其在所述基础兀素之外掺杂或加载有一种或多种其它兀素，从而在< 3.2eV，特别是< 3.1eV的范围内具有所需的带隙。
[0020]根据本发明优选作为光催化剂使用的材料是Sn02。SnO2具有相应于波长范围为354至335nm的3.5至3.7eV的能量带隙。所加载的SnO2具有相应于波长为428nm的约
2.9eV的能量带隙。由此这种SnO2能通过可见光电磁谱中的蓝色光被激发。
[0021]作为光催化剂使用的材料另外优选的是ZnO。ZnO自身具有相应于波长为368nm的约3.37eV的能量带隙。经加载的ZnO具有至少两个活性带隙于约1.8eV(690nm)以及于约2.7eV(460nm)，并由此能用可见光激发。
[0022]在特别优选的实施形式中，使用SnO2与ZnO的混合物作为光催化剂，特别是以1: 10至10: 1，更优选1: 3至3:1的重量比。
[0023]为了进一步在根据本发明的方法中提高所述光催化剂的可用性，优选减小带隙。
[0024]根据本发明因此优选，使用经一种或多种元素(特别是选自Co、C、N、P、S或H)掺杂的光催化剂。优选使用经Co、C和/或N(最优选用Co)掺杂的光催化剂。在掺杂的情况下，杂原子被构建进入光催化剂的分子结构中。通过所述掺杂，带隙被减小并由此活化能被减小。
[0025]特别是在掺杂的情况下，光催化剂结构中的分子被掺杂元素调换。这意味着，材料的分子被杂分子调换，所述杂分子特别是选自Co、C、N、P、S或H，经此大幅改变光催化剂的性质。
[0026]根据本发明特别优选使用用Co掺杂的ZnO或/和Sn02作为光催化剂，特别是用Co掺杂的ZnO。Zn: Co的重量比在此优选为8: I至15: 1，特别是9: I至11: I并更优选为9.5:1至10.5:1。经本发明确定，Co被构建进入ZnO的晶体结构中。在此可生产特别是具有约50nmm至1.5 μ m、特别是约10nm至1.2 μ m范围内的粒度的掺杂的ZnO-光催化剂。用Co加载的ZnO具有于约1.8eV以及2.7eV的能量带隙，相应于690nm或460nm的波长。由于所必要的活化能推移进入可见光波长范围，这些材料可在没有任何紫外光成分的光的照射下作为光催化剂使用。
[0027]经掺杂的光催化剂可以例如通过湿化学或热工艺获得。
[0028]在湿化学掺杂的情况下，特别是要培养晶体。在此也可能的是，刺激不同材料的晶体彼此生长，由此产生混合的晶体。在热工艺的情况下，混合不同的材料并在高压下压制。随即使得这种经压制的坯体熔融，经此不同材料熔融层一个整体。
[0029]在另一个优选的实施形式中，用一种或多种元素，特别是选自Pb、Au、Ag、Pt、Al、Cu、Sb、Mo或Cd，优选选自Au、Pt、Ag、Sb、Fe、Al、Cd、Cu或Pb，加载所述光催化剂。最优选的是用Au或/和Pt的加载。
[0030]在加载的情况下，将加载元素，即特别是Pb、Au、Ag、Pt、Al、Cu、Sb、Mo或Cd，附着在光催化剂的分子上。在此没有分子调换，而是将加载元素额外嵌入到光催化剂的结构中。
[0031]特别优选用纳米颗粒,特别是用具有中值粒度为<10nm、特别是<5nm的纳米颗粒进行加载。在特别优选的实施形式中，用具有中值粒度为< 10nm、特别是< 5nm的Au纳米颗粒和/或Pt纳米颗粒进行加载。在加载中，较小的颗粒通过表面效果与较大的颗粒稳定接触。通过加载也使活性物质的所述带隙减小并由此所述活化能被减小。
[0032]在光催化剂的另一个优选的实施形式中，混合了不同颗粒和/或不同粒度。优选例如ZnO与SnO2的混合。进一步优选相同或不同材料以不同粒度使用，例如以粒度<50nm的混合物、以粒度50至<150nm的混合物和以粒度150至300nm的混合物。经确认的是，粒度对带隙也有影响。因此特别优选小颗粒。另一方面，较大的颗粒为微尘提供更多潜在的积附表面。由此，根据本发明优选应用不同粒度的混合物。
[0033]在一个特别优选的实施形式中，根据本发明所使用的光催化剂材料包含
[0034]⑴光催化剂以及
[0035](ii)粘结剂。
[0036]所述光催化剂优选以小颗粒的形式使用。优选所述光催化材料具有< lOOOnm、更优选< 500nm、还更优选< 300nm,最优选< 150nm和特别是< 50nm的粒度。在本文中的粒度，只要没有其它说明，分别意指颗粒直径的中值。
[0037]所述粘结剂优选如此选择，即其在光催化过程中不会改变或被分解。在光催化过程中，化学物质可能会部分溶解或转化。因此，用于光催化涂层的粘结剂和由此还有该光催化涂层本身必须经受得住光化学反应。
[0038]在此特别适宜的粘结剂是硅烷。特别适宜的是四烷氧基硅烷且特别是四乙基正硅酸酯(TEOS)。特别优选的是使用经胶体S12颗粒额外嵌入的经预先水解的硅酸酯-混合粘合剂。所述硅烷优选具有5至70摩尔％、优选10至50摩尔％和特别是15至30摩尔％的S12成分最优选，所述粘结剂还包含溶剂和/或催化剂(特别是硫酸)。
[0039]作为溶剂，例