專利名稱：銀/銅改性K₄Nb₆O₁₇薄膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種光催化薄膜，尤其是涉及一種對細菌有高效滅活能力的光催化薄膜及其制備方法。
背景技術：
人類的生活一直遭受著生物污染的威脅，例如威脅我們飲水安全的細菌中以大腸桿菌最為常見，致病性大腸桿菌常常通過人畜腸道呼吸道，甚至通過粘膜進入血液引發的疾病，如敗血癥、氣囊炎和心包炎等，若不加以嚴格管理和適當處理將會對人體健康和生態環境造成危害。我國的排放標準對于如醫院類的一些細菌污水排放高的單位有特殊的規定和要求。我們也迫切地需要有效地控制細菌污染。光催化滅活細菌技術相比傳統的化學藥劑例如氯、臭氧處理，光催化滅活細菌是一種高效，安全，經濟的選擇，得以快速的發展。研究發現TiO2光催化材料在紫外燈照射下可以有效的去除水體的細菌，所以傳統的光催化法利用TiO2作為光催化材料來去除水中的細菌，但是紫外光能量只占入射太陽光能量的4%，此外紫外線對人體有傷害，且耗能高制約了其進一步發展。K4Nb6O17是一種優秀的光催化材料，具有獨特的結構可以更好的利用可見光存在的能量，相比傳統的光催化劑具有巨大的優勢，是一種有前途的催化材料。

發明內容
本發明的目的在于提供一種銀/銅改性的K4Nb6O17薄膜，對K4Nb6O17進行改性，以提高其對細菌的滅活效果。所得薄膜在可見光照射下通過銀/銅納米復合材料協同K4Nb6O17的光催化效果顯著減少細菌的活性。本發明的另一個目的在于提供一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法。一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，步驟如下
(1)取99.99%純度的K2CO3和Nb2O5,混合研磨；
(2)將研磨后的混合物以800°C煅燒4 5小時后，再研磨至粉末狀，再以1000°C煅燒4 5小時得到K4Nb6O17 ；
(3)將CuSO4· 5H20、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮氣氛圍下攪拌20 30min ；Cu =K4Nb6O17 H20=5 20 1000 10000 (質量比);聚乙烯吡咯烷酮的質量為溶
液總質量3 5% ；
(4)添加硼氫化鈉，并在氮氣環境下反應20 30min;所得產物離心洗滌、烘干；按照每升溶液中添加3 5mol的比例投加硼氫化鈉；步驟(4)烘干溫度60°C、時間12小時以上；
(5)投加相當于K4Nb6O17質量O.5% 2%的Ag，重復步驟(3) (4)所得物質經過離心洗滌后的產物干燥至粘稠狀；
(6)將上述合成的粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，80°C下烘干后從載體表面取下再以400 500。。烘烤60 90min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。涂抹的比例為O. 20
O.30g/cm2，所述的載體是玻璃。
原理表述本發明提供的制備方法通過分別將Ag、Cu的化合物在聚乙烯吡咯烷酮的保護下進行硼氫化鈉還原和熱處理。制成了 Ag、Cu納米材料均勻分散的K4Nb6O17薄膜。Ag,Cu納米材料抑制了催化中電子空穴結合，提高了 K4Nb6O17薄膜的光催化效果。協同Ag、Cu自身對細菌的滅火特性,大大加強了所制成薄膜的滅菌效果。本發明具有以下優點
I.對細菌有著高效的滅活能力以大腸桿菌為例，可在45min內達到對大腸桿菌超過99%滅活能力,有著最出色的催化能力。2.銀/銅改性K4Nb6O17薄膜可重復使用，使用周期長，清潔方便，可成批生產等優點。3.銀/銅改性K4Nb6O17薄膜能夠快速達到對細菌的去除效果，依賴可見光，能耗低，對水質中細菌的滅活具有顯著效果，可改善水體有重大的應用前景。


圖I為實施例I所得銀/銅改性1(4他6017薄膜的掃描電鏡示意圖，放大倍數為2000倍；I- K4Nb6O17聚合物顆粒。說明經過熱處理，K4Nb6O17聚合物形成顆粒物載體,是浮著金屬Cu、Ag納米材料基礎。圖2、3為對實施例I所得薄膜的光電子能譜分析圖，其中圖2的波峰顯示金屬Cu納米材料在K4Nb6O17薄膜上廣泛存在；圖3的波峰顯示金屬Ag納米材料在K4Nb6O17薄膜上廣泛存在。
具體實施例方式實施例I
一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，步驟如下
(1)取按7 10的摩爾比將99. 99%純度的K2CO3和Nb2O5,混合研磨；
(2)將研磨后的混合物以800°C煅燒5小時后，再研磨至粉末狀，再以1000°C煅燒5小時得到K4Nb6O17 ；
(3)將CuSO4 ·5Η20、步驟(2)制得的 K4Nb6O17 和水以 Cu =K4Nb6O17 Η20=5 1000 :10000 的質量比混合,并添加相當溶液總質量3%的聚乙烯吡咯烷酮，在氮氣氛圍下攪拌20min ；
(4)按照每升溶液中添加4mol的比例投加硼氫化鈉，并在氮氣環境下反應20min。所得產物離心洗滌、60°C干燥12小時；
(5)投加相當于K4Nb6O17質量O.5%的Ag，重復步驟(3) (4)所得物質經過離心洗滌后的產物在60°C下干燥至粘稠狀；
(6)將上述合成的粘稠狀聚合物以O.25g/cm2的比例均勻涂抹于玻璃片表面，80°C下烘干后從玻璃片表面取下再以400°C烘烤70min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。實施例2
使用銀/銅改性K4Nb6O17薄膜去除實驗室中大腸桿菌在催化薄膜上均勻放上一層大腸桿菌培養基，其中大腸桿菌的濃度為3. OXlO7 CFU/ml，在2盞IOW熒光燈照射下，經過45min,滅活大腸桿菌超過99%。實施例2至4各步驟的工藝參數以及添加組份的比例見表I :
權利要求
1.一種銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，步驟如下 (1)取99.99%純度的K2CO3和Nb2O5,混合研磨； (2)將研磨后的混合物以800°C煅燒4 5小時后，再研磨至粉末狀，再以1000°C煅燒4 5小時得到K4Nb6O17 ； (3)將CuSO4· 5H20、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮氣氛圍下攪拌20 30min ； (4)添加硼氫化鈉，并在氮氣環境下反應20 30min;所得產物離心洗滌、烘干； (5)投加相當于K4Nb6O17質量O.5% 2%的Ag，重復步驟(3) (4)所得物質經過離心洗滌后的產物干燥至粘稠狀； (6)將上述合成的粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，80°C下烘干后從載體表面取下再以400 500°C烘烤60 90min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。
2.根據權利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(I)K2CO3 =Nb2O5J 10 摩爾比。
3.根據權利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(3)中Cu =K4Nb6O17 H20=5 20 1000 10000 (質量比);聚乙烯吡咯烷酮的質量為溶液總質量3 5% ο
4.根據權利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(4)按照每升溶液中添加3 5mol的比例投加硼氫化鈉；步驟(4)烘干溫度60°C、時間12小時以上。
5.根據權利要求I所述的銀/銅改性K4Nb6O17薄膜的制備方法，其特征在于步驟(6)以O.20 O. 30g/cm2的比例將粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，所述的載體是玻璃。
全文摘要
本發明提供一種新型的銀/銅改性K4Nb6O17的制備方法,步驟如下取99.99%純度的K2CO3和Nb2O5，混合研磨；將研磨后的混合物以800℃煅燒4～5小時后，再研磨至粉末狀，再以1000℃煅燒4～5小時得到K4Nb6O17；將CuSO4·5H2O、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮氣氛圍下攪拌20～30min；添加硼氫化鈉，并在氮氣環境下反應20～30min；所得產物離心洗滌、烘干；投加相當于K4Nb6O17質量0.5%～2%的Ag，重復步驟(3)(4)所得物質經過離心洗滌后的產物干燥至粘稠狀；將上述合成的粘稠狀聚合物均勻涂抹于載體表面，80℃下烘干后從載體表面取下再以400～500℃烘烤60～90min，得到銀/銅改性K4Nb6O17薄膜。本發明所得薄膜對細菌的滅活性能好對用水水質的改善能起到積極作用。
文檔編號A01P1/00GK102939994SQ201210488518
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者李軼, 李林澤, 王大偉, 張文龍, 胡磊 申請人:河海大學