本發明屬于空氣凈化，涉及一種新型的有機復合材料，特別是在密閉室內環境中對污染性氣體具有光催化降解的應用。

背景技術：

1、近年來，隨著社會需求的增加，人們在日常生活、工業、軍事等領域中，處于密閉室內環境中的作業內容越來越多、工作時間越來越長。室內活動和建筑材料釋放的各種污染氣體不僅會影響室內空氣質量，還可能對人體身心健康產生不良影響，嚴重情況下還會損害呼吸系統、神經系統等。因此，改善室內空氣質量成為亟待解決的重要問題。

2、傳統的空氣凈化技術包括過濾、吸附、紫外線消毒、離子技術和活性氧技術等。這些技術在空氣凈化領域應用廣泛，具有廣譜性，但存在凈化效率低、使用壽命短、維護成本高和易產生二次污染的問題，限制了其在密閉空間中的應用。相比之下，光催化技術因其高效、環保、持久、反應條件溫和、無二次污染等優點，成為了一種具有巨大潛力的新型室內空氣凈化技術。該技術可廣泛應用于家庭、辦公場所、工業、軍事等各類室內密閉環境，有效提升室內空氣質量，保護人們的健康。

3、目前報道的關于凈化室內空氣應用的光催化技術主要涉及光催化劑粉末(粒徑<1mm)、光催化劑顆粒(粒徑>1mm)以及光催化膜。光催化劑粉末容易造成粉塵污染，難以重復利用，操作成本較高；光催化劑顆粒由于尺寸較大，而光激發的穿透深度處于微米數量級，表面活性位點利用率低，質量傳遞受到限制，凈化效率低。光催化膜在室內氣體凈化中具有降解效率高、操作方便、易回收、不會產生二次污染等優點，具有較大的應用價值。針對氣體降解制備的光催化劑薄膜，現有研究多將光催化劑涂敷在無機載體上，雖然能在一定程度上高效利用光催化劑的活性位點，但催化劑易脫落，氣體穿透性差，傳質推動力低，光催化效率受到限制。有機載體光催化膜通常含有豐富的孔道結構，氣體吸附和透過性好，同時制備簡便、功能性好，但其化學穩定性差，容易被光催化活性物質降解，因此目前對有機載體光催化膜的開發和應用還比較有限。有鑒于此，迫切需要開發一種形態可控、安全、穩定、制備條件簡便溫和的新型光催化有機復合材料，以達到高效處理密閉室內污染氣體的要求。

技術實現思路

1、針對現有技術問題與不足，本發明的目的在于提供一種可光降解污染性氣體的有機復合材料和應用，通過光固化方式將具有限閾結構改性的光催化劑均勻負載于有機載體上，使其具有形態可控且持久穩定的特性，用于高效光催化凈化污染性氣體。

2、實現本發明目的的具體技術方案是：

3、一種可光降解污染性氣體的有機復合材料，特點是：由以下組分組成，按重量份計：1份具有限閾結構的改性的光催化劑；5-500份基底材料；將具有限閾結構的改性的光催化劑與基底材料均勻混合后成型，即為所述的可光降解污染性氣體的有機復合材料；

4、所述基底材料為樹脂和乙醇的混合物；

5、所述樹脂為環氧樹脂、環氧丙烯酸酯、聚酰亞胺樹脂或丙烯酸類樹脂；

6、所述丙烯酸類樹脂為聚氨酯丙烯酸樹脂、聚甲基丙烯酸樹脂或氨基丙烯酸樹脂；

7、所述的光催化劑為tio2、c3n4、sno2、srtio3、zno、fe2o3、v2o5、bin、bivo4、wo3、ito或ag3po4；

8、所述限閾結構的改性包括：單一催化劑改性、表面包覆改性和層間復合改性中的一種或組合；

9、所述單一催化劑改性，采用煅燒法，具體包括：步驟一：將光催化劑投加到摻雜劑溶液中，在25-200℃條件下經攪拌操作30-120min；摻雜劑溶液為功能性基團溶液或摻雜元素溶液，濃度為0.1-25g/l；功能性基團溶液為含羧基、氨基、磺酸基或羥基溶液；摻雜元素溶液為含氮、硼、硫或鐵離子溶液；所述光催化劑與摻雜劑溶液質量比為1∶1-100；步驟二：將步驟一得到的混合物置于高溫爐中，在100-800℃下煅燒1-8h，冷卻后得到所述具有限閾結構改性的光催化劑；

10、所述表面包覆改性，采用溶膠凝膠法，具體包括：步驟一：將光催化劑投加到分散溶液中，超聲處理0.5-2小時，得到混合溶液；分散溶液為水與分析純環己烷的混合溶液，體積比為1∶20-2000；光催化劑與分散溶液質量比為1:10-100；步驟二：將包覆溶液加入步驟一制備的混合溶液中，在25-200℃條件下經過攪拌處理操作2-60h，過濾或離心分離，25-200℃干燥，得到所述具有限閾結構改性的光催化劑；其中，所述包覆溶液為二氧化硅前驅物溶液、氧化鋁前驅物溶液或氧化鋯前驅物溶液；二氧化硅前驅物溶液包括正硅酸四乙酯溶液或正硅酸四甲酯溶液；氧化鋁前驅物溶液為氯化鋁溶液、硝酸鋁溶液、硫酸鋁溶液、羧酸鋁溶液、異丙氧基鋁溶液或異丙醇鋁溶液；氧化鋯前驅物溶液包括氧氯化鋯溶液、醋酸鋯溶液或正丙醇鋯溶液；包覆溶液與步驟一制備的混合溶液質量比為1∶1-100；

11、所述層間復合改性，采用修飾法，具體包括：步驟一：將光催化劑與多孔結構材料混合，球磨處理1-10小時；多孔結構材料為分子篩、碳納米管、石墨烯、金屬有機框架或共價有機框架；光催化劑與多孔結構材料的質量比為1-10∶1-10；步驟二：將步驟一得到的混合粉末置于管式爐中，在200-800℃下進行熱處理2-6h，冷卻后得到所述具有限閾結構改性的光催化劑；

12、所述將具有限閾結構的改性的光催化劑與基底材料均勻混合后成型，采用光固化法或3d打印法；

13、所述光固化法，具體包括：步驟一：將具有限閾結構改性的光催化劑投加到基底材料中，經過攪拌或超聲處理30-120min，然后放入30-80℃的烘箱中加熱處理5-20min，得到混合溶液；其中，所述基底材料為樹脂與無水乙醇的混合溶液，質量比為1-5∶1-5，通過攪拌或超聲混合處理1-100min得到；光催化劑與基底材料的質量比為1∶5-500；步驟二：將步驟一得到的混合溶液在紫外光下光照0.5-10min，然后在30-80℃的真空干燥箱中干燥至少6h，得到所述可光降解污染性氣體的有機復合材料；

14、所述3d打印法，具體包括：步驟一：準備一種用于3d打印的混合材料，在避光條件下攪拌直至均勻；其中，所述混合材料包括樹脂、光催化劑、光引發劑和助劑的混合物，質量比為5-200∶1-20∶1-5∶1；光引發劑為1-羥基環已基苯基酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或2,4,6-三甲基苯甲酰基氧化磷；助劑為消泡劑或流變助劑；混合攪拌的轉速為200-400r/min，攪拌時間為2-4h；步驟二：提前設置創建3d打印對象的模型，將步驟一制得的3d打印混合材料進行3d打印成型，得到所述可光降解污染性氣體的有機復合材料；所述3d打印參數設置為底層曝光時間為15-90s，打印曝光時間為0.5-5s，滅燈延時為4-6s；打印溫度為180-250℃；打印填充率為0.1-100％。

15、進一步，所述有機復合材料的形狀為方形、圓形、菱形或不規則形狀；所述光催化劑包括粉末狀、塊體狀、薄膜狀或溶膠狀，還包括納米線、納米管、納米球、納米多邊塊體或納米不規則形狀。

16、一種上述有機復合材料在光照條件下光催化降解污染性氣體中的應用，包括以下步驟：

17、將污染性氣體通入裝有有機復合材料的密閉透光反應器內，反應器被紫外光或可見光照射，有機復合材料中的光催化劑受到光的激發與表面吸附的氧氣和水生成強氧化性的自由基，降解污染性氣體，實現凈化；所述氣體與有機復合材料的體積質量比為1-500cm3∶1g；污染性氣體包括含揮發性有機化合物、氮氧化物、氨氣、硫化氫、臭氧、甲醛或甲烷氣體，濃度為0.1-200ppm。

18、進一步，所述的應用，還包括以下步驟：

19、在含有污染性氣體的密閉空間內直接擺放有機復合材料，當有機復合材料受到紫外光或可見光照射時，其內部的光催化劑與表面吸附的氧氣和水反應生成強氧化性的自由基，進而降解污染性氣體，實現空氣凈化；所述密閉空間為車內、建筑室內、船艙內與外界相對隔離的區域；所述有機復合材料的擺放方式為直接放置在室內光照和空氣流動處；所述光照包括自然太陽光、日光燈或紫外燈；污染性氣體包括含揮發性有機化合物、氮氧化物、氨氣、硫化氫、臭氧、甲醛或甲烷氣體，濃度為0.1-200ppm。

20、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

21、本發明將光催化劑與有機載體通過一種光固化法，合成一種穩定的具有光催化凈化臭氣功能的有機復合材料。有機復合材料合成工藝簡單，條件溫和，在常溫常壓下即可完成；其次，有機復合材料的形態可控，化學性能穩定，有機載體不易被降解，在實際應用中容易操作，便于回收處理，不會對大氣環境造成二次污染；且有機復合材料對密閉室內環境有很好的凈化作用，可以通過吸附和光催化的聯合作用高效降解氣體污染物。