一种用于去除甲醛的活性炭负载改性光敏催化剂制备方法

1.本发明属于空气污染治理技术领域，具体涉及一种用于去除空气中甲醛的活性炭负载改性光敏催化剂制备方法。


背景技术：

2.甲醛是一种无色、有刺激性气味的小分子有机物。对人类的眼、鼻等皮肤黏膜具有刺激作用。长时间接触甲醛分子会造成免疫力下降、呼吸道受损、肝功能受损等不可逆的症状甚至引发癌症和死亡。因此，减少甲醛污染对人们的健康生活具有重要意义。
3.吸附法是一种常见的室内甲醛净化方法，吸附法脱除甲醛是指利用多孔类固体材料依靠分子引力或化学键对空气中的甲醛进行吸附。活性炭是吸附甲醛的优选吸附剂，但甲醛分子的尺寸较小，在通常环境条件下活性炭对甲醛的吸附效率较低。此外，甲醛在活性炭上多为物理吸附，易于其他与活性炭吸附力更强的化合物形成竞争吸附从而再次解吸到空气中。
4.光催化技术也是一种良好的降解甲醛的重要方法。光催化剂在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解多种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水和二氧化碳，因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。目前光触媒催化剂主要是纳米级二氧化钛超微粒子，该离子只有在接受波长为388nm以下的紫外线照射时，其内部才能吸收光能而激发产生电子-空穴对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的氧和水分，产生活性自由氢氧基(
•
oh)和活性氧(
•
o2)，当污染物以及细菌吸附其表面时，就会发生链式降解反应。但是现有的光触媒技术存在如下问题：
⑴ꢀ
388 nm以下的紫外光对人有比较大的伤害：紫外线损伤不仅仅破坏最外层的皮肤细胞，通过表皮到达真皮细胞，导致真皮细胞大量坏死和代谢紊乱，细胞内杂质无法代谢出去，令肌肤出现晒斑，丧失弹性，提早衰老。
⑵ꢀ
纳米级二氧化钛超微粒子对甲醛没有富集功能，自由氢氧基和活性氧的寿命短，扩散距离短，从而会延长甲醛除去时间，并减弱除去效率。


技术实现要素：

5.本发明提供一种聚集态单线态氧产率增强型改性光敏催化剂(aie-s-py
+
)的制备方法，在普通白光led照射下，即可对甲醛进行无害化去除，从而避免紫外光照射伤害人体。并且采用水热法将催化剂锚定于活性炭表面，利用活性炭强的吸附性能，将空气中甲醛吸附至催化剂附近，由改性光敏催化剂将甲醛快速转化成水和二氧化碳，是一种环境友好型高效去除甲醛的新方法。
6.本发明的技术原理：当以适当波长光源照射光敏剂时，光敏剂吸收能量会将电子从基态（s0）激发到激发单重态（s1），然后通过系间穿越（sci）到达激发三重态（t1），进一步与氧分子（3o2）碰撞传
递能量，从而产生具有极高氧化能力的单线态氧（1o2），可将甲醛分解成无污染的水和二氧化碳。因聚集态单线态氧产率增强型改性光敏催化剂(aie-s-py
+
)具有很好的光稳定性，因此可以多次循环利用，只要在光照条件下，就可以在空气中源源不断的将3o2转化成1o2，用于甲醛的分解。
7.本发明的技术方案：以吩噻嗪（ptz）为母核，首先通过铃木偶联反应在n2保护条件下合成了aie-s，然后通过脑文格反应在无水条件下合成了中间体aie-s-py，最后通过亲和取代反应合成光敏剂aie-s-py
+
，总合成路线如图1所示。并通过核磁共振氢谱（1h nmr）（图2）、核磁共振碳谱（13c nmr）（图3）、高分辨质谱（hrms）（图4）对光敏催化剂进行表征。
8.本发明所具有的有益效果：（1）合成了一种新型改性光敏催化剂，其激发光源可用日常的白光led灯代替388 nm以下的对人体有较大伤害的紫外光。
9.（2）与常见的纳米级二氧化钛产生的自由氢氧基和活性氧相比，改性光敏催化剂产生的单线态氧具有更强的氧化能力，从而提高了催化氧化的活性。
附图说明
10.图1是光敏剂aie-s-py+的总合成路线图。
11.图2是光敏剂aie-s-py
+
的核磁共振氢谱图。
12.图3是光敏剂aie-s-py
+
的核磁共振碳谱图。
13.图4是光敏剂aie-s-py
+
的高分辨质谱图。
14.图5是中间体aie-s的合成路线图。
15.图6是中间体aie-s-py的合成路线图。
16.图7是光敏剂aie-s-py的合成路线图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
18.实施例一：（1）中间体aie-s的合成（图5）合成方法：在n
2 条件下，将cho-ptz-br（180 mg，0.56 mmol）、tpe-b（310 mg，0.68 mmol）和k2co3（155 mg，1.13 mmol）加入到两口瓶中，搅拌条件下加入溶剂甲苯（9.6 ml）、乙醇（4.8 ml）以及水（563.9
ꢀµ
l）。最后加入零价钯。加热至回流，反应过夜。
19.后处理：旋干溶剂，萃取后用无水硫酸钠干燥，石油醚与二氯甲烷一比一过柱。
20.（2）中间体aie-s-py的合成（图6）合成方法：在n2条件下，加入aie-s（57 mg，0.1 mmol）和py-can（23 mg，0.12 mmol），加入无水乙醇至上述原料溶解，再加入哌啶（3 ml），加热至回流，反应过夜。
21.后处理：旋干溶剂，乙酸乙酯二氯十比一过柱。
22.（3）光敏剂aie-s-py
+
的合成（图7）合成方法：在n2条件下，加入aie-s-py（48 mg，0.064 mmol）和碘甲烷（11.39 mg，0.080 mmol）,乙腈作溶剂，加热至回流，反应过夜。
23.后处理：旋干溶剂，乙醚冲洗。
24.（4）活性炭负载光敏催化剂的构建将活性炭放入100 ml去离子水中超声处理0.5 h，将光敏剂加入活性炭悬浮液中，在90℃下磁性搅拌15 min，用kmno4处理所得混合物。得到的沉淀物在高压釜中进行水热反应(在180℃下12小时)。反应结束后，将所得粉末用水彻底洗涤至中性，然后真空干燥，所得产物即为目标产物。


技术特征：
1.一种用于去除空气中甲醛的活性炭负载改性光敏催化剂(aie-s-py
+
)，分子式是c
54
h
40
n3s
+
。2.根据权利要求1所述的改性光敏催化剂，其特征在于：以吩噻嗪为母核，通过铃木偶联反应合成aie-s，通过脑文格反应合成中间体aie-s-py，最后通过亲和取代反应合成光敏剂aie-s-py
+
。3.根据权利要求1所述的改性光敏催化剂，其特征在于：可用日常的白光led灯作为激发光源。

技术总结
一种用于去除甲醛的活性炭负载改性光敏催化剂制备方法,制备聚集态单线态氧产率增强型改性光敏催化剂(AIE-S-Py


技术研发人员：杨选民 张艳荣 李浩然 刘玉佳 潘轶鹏 王伯图 马瑞辰
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2022.01.15
技术公布日：2023/7/26