光触媒口罩及其制备方法和应用.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010484159.0 (22)申请日 2020.06.01 (71)申请人 浙江笨鸟科技有限公司 地址 310052 浙江省杭州市滨江区长河街 道塘子堰路159号D座5层501室 (72)发明人 朱虹张照荣 (74)专利代理机构 上海洞鉴知识产权代理事务 所(普通合伙) 31346 代理人 黄小栋 (51)Int.Cl. A41D 13/11(2006.01) A41D 31/02(2019.01) A41D 31/30(2019.01) A41D 31/04(2019.。

2、01) B01D 53/86(2006.01) B01D 53/54(2006.01) B01D 53/48(2006.01) B01D 53/72(2006.01) B01D 53/74(2006.01) (54)发明名称 一种光触媒口罩及其制备方法和应用 (57)摘要 本发明提出了一种光触媒口罩， 包含光触媒 滤芯层， 所述光触媒滤芯层含有ZnO-TiO2-钙钛 矿/硅藻土复合材料， 以硅藻土为基体材料， 所述 ZnO-TiO2-钙钛矿为包含ZnO、 TiO2和钙钛矿的复 合材料。 本发明制备的空气净化器用光触媒口罩 具有较高的吸附能力及高催化降解能力， 用于医 护人员、 病人或普通健康人。

3、群中， 能起到隔绝病 毒、 细菌的作用， 避免交叉感染， 同时， 有助于杀 灭螨虫， 长时间佩戴口罩不会引起皮肤过敏、 红 疹等情况出现， 使用更方便； 使用本发明光触媒 口罩进一步能降解空气中有机污染物如甲醛、 硫 化物、 胺化物等， 保护人体健康。 权利要求书1页 说明书9页 附图1页 CN 111466655 A 2020.07.31 CN 111466655 A 1.一种光触媒口罩， 其特征在于， 包含光触媒滤芯层， 所述光触媒滤芯层含有ZnO-TiO2- 钙钛矿/硅藻土复合材料， 以硅藻土为基体材料， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿为包含ZnO、 TiO2和钙 钛矿的复合材料。 2.根。

4、据权利要求1所述一种光触媒口罩， 其特征在于， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复 合材料包括以下原料按重量份制备得到： ZnO粉、 TiO2粉、 钙钛矿、 硅烷偶联剂、 表面活性剂。 3.根据权利要求2所述一种光触媒口罩， 其特征在于， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复 合材料包括以下原料按重量份制备得到： ZnO粉10-20份、 TiO2粉40-70份、 钙钛矿10-30份、 硅烷偶联剂1-5份、 表面活性剂1-3份、 硅藻土30-70份。 4.根据权利要求3所述一种光触媒口罩， 其特征在于， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复 合材料包括以下原料按重量份制备得到： ZnO粉。

5、15份、 TiO2粉52份、 钙钛矿22份、 硅烷偶联剂 3份、 表面活性剂2份、 硅藻土50份。 5.根据权利要求2所述一种光触媒口罩， 其特征在于， 所述硅烷偶联剂选自KH550、 KH560、 KH570、 KH792、 KH561、 KH590中的一种或两种以上的混合。 6.根据权利要求2所述一种光触媒口罩， 其特征在于， 所述表面活性剂选自十二烷基苯 磺酸钠、 硬脂酸钠、 琥珀酸酯磺酸钠、 琥珀酸双酯磺酸钠中的一种或两种以上的混合。 7.根据权利要求1所述一种光触媒口罩， 其特征在于， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复 合材料由以下方法制备得到： S1.分别将硅藻土、 ZnO粉。

6、、 TiO2粉、 钙钛矿进行研细至200目以下； S2.将步骤S1得到的硅藻土加入乙醇溶液中， 超声分散均匀， 加入硅烷偶联剂的乙醇溶 液， 加热至70-90， 搅拌反应1-2h； S3.将步骤S1得到的TiO2细粉、 ZnO细粉和钙钛矿细粉混合均匀， 加入含有表面活性剂的 水溶液中， 超声分散均匀； S4.将步骤S3得到的溶液加入步骤S2得到的溶液中， 保持原温度搅拌反应2-4h后， 停止 加热和搅拌， 静置1-2h后， 过滤， 去离子水清洗滤渣， 滤渣再次用行星球磨机研磨至200目以 下， 得到ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料。 8.根据权利要求7所述一种光触媒口罩， 其特征在于，。

7、 所述步骤S2中所述硅烷偶联剂的 乙醇溶液中硅烷偶联剂的质量分数为1-3， 乙醇的体积分数为35-70， 余量为水； 所述含 有表面活性剂的水溶液中表面活性剂的质量分数为0.5-1.5。 9.一种如权利要求1-8任一项所述的光触媒口罩的制备方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 将外层无纺布层、 光触媒滤芯层、 活性炭无纺布层、 聚丙烯熔喷布层和里层无纺布层依 次叠放， 然后一次复合成型， 得到光触媒口罩； 所述光触媒滤芯层为将ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料和偶联剂配置成溶液， 通过 二浸二扎、 紫外线照射、 乙醇浸泡、 水洗、 烘干、 后整理工艺， 织在无纺布表面， 得到光触媒滤 。

8、芯层。 10.一种如权利要求1-8任一项所述光触媒口罩在隔绝病毒、 细菌、 螨虫以及甲醛、 硫化 物、 胺化物污染物中的应用。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111466655 A 2 一种光触媒口罩及其制备方法和应用 技术领域 0001 本发明涉及口罩技术领域， 具体涉及一种光触媒口罩及其制备方法和应用。 背景技术 0002 合理选择和使用口罩， 能够有效防止病毒感染。 口罩是预防呼吸 道传染病的重要 防线， 可以降低新型冠状病毒感染风险。 一般市面上 的口罩， 最多只能将细菌及病毒阻挡 在口罩外侧， 并不能分解有害物 质。 大约20分钟， 一个普通口罩就会变成一个传染源。 0003 光。

9、触媒口罩的表面处理了光触媒涂层， 可以分解99的有害物质， 不单可以 把危 险阻挡在口罩外， 同时还时刻自动清洁消毒， 保持佩戴者的安全。 光触媒口 罩外层上的光 触媒和空气中的氧气和水分得以充分接触， 产生了强氧化还原反 应， 使口罩表面吸附的有 害有机化学物质被分解。 同时， 口罩内侧的光触媒也在 时刻分解着口腔鼻腔呼出气体中的 细菌。 避免二次污染及交叉感染。 不仅抑菌防 霉并可分解口罩上异味， 延长口罩使用时效 及保障生命安全。 光触媒口罩还能消 灭和分解细菌， 虫螨， 甲醛， 硫化物等等有机有害物 质。 光触媒作为新材料应用， 在中国已有十六年历史， 最早应用于2003年非典时期， 。

10、中国唯 一一例光触媒灭 活sars病毒实验由中国科学院生物物理研究所完成， 灭活率为100。 同 时， 在 对各种空气污染物的净化上， 对甲醛、 苯、 苯系物、 硫化物、 氨化物。 行业人士 都了 解， 光触媒技术是当今世界纳米科技领域中技术最应用范围最广泛最成熟的 技术。 发明内容 0004 本发明的目的在于提出一种光触媒口罩及其制备方法和应用， 具有较高的吸 附 能力及高催化降解能力， 用于医护人员、 病人或普通健康人群中， 能起到隔绝 病毒、 细菌的 作用， 避免交叉感染， 同时， 有助于杀灭螨虫， 长时间佩戴口罩不 会引起皮肤过敏、 红疹等 情况出现， 使用更方便； 使用本发明光触媒口。

11、罩进一步 能降解空气中有机污染物如甲醛、 硫化物、 胺化物等， 保护人体健康。 0005 本发明的技术方案是这样实现的： 0006 本发明提供一种光触媒口罩， 包含光触媒滤芯层， 所述光触媒滤芯层含有 ZnO- TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料， 以硅藻土为基体材料， 所述ZnO-TiO2-钙钛 矿为包含ZnO、 TiO2和钙钛矿的复合材料。 0007 作为本发明的进一步改进， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料包括以下 原 料按重量份制备得到： ZnO粉、 TiO2粉、 钙钛矿、 硅烷偶联剂、 表面活性剂。 0008 作为本发明的进一步改进， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复。

12、合材料包括以下 原 料按重量份制备得到： ZnO粉10-20份、 TiO2粉40-70份、 钙钛矿10-30份、 硅烷偶联剂1-5份、 表面活性剂1-3份、 硅藻土30-70份。 0009 作为本发明的进一步改进， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料包括以下 原 料按重量份制备得到： ZnO粉15份、 TiO2粉52份、 钙钛矿22份、 硅烷偶联 剂3份、 表面活性剂2 份、 硅藻土50份。 说明书 1/9 页 3 CN 111466655 A 3 0010 作为本发明的进一步改进， 所述硅烷偶联剂选自KH550、 KH560、 KH570、 KH792、 KH561、 KH590中。

13、的一种或两种以上的混合。 0011 作为本发明的进一步改进， 所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、 硬脂酸 钠、 琥珀酸酯磺酸钠、 琥珀酸双酯磺酸钠中的一种或两种以上的混合。 0012 作为本发明的进一步改进， 所述ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料由以下方 法 制备得到： 0013 S1.分别将硅藻土、 ZnO粉、 TiO2粉、 钙钛矿进行研细至200目以下； 0014 S2.将步骤S1得到的硅藻土加入乙醇溶液中， 超声分散均匀， 加入硅烷偶 联剂的 乙醇溶液， 加热至70-90， 搅拌反应1-2h； 0015 S3.将步骤S1得到的TiO2细粉、 ZnO细粉和钙钛矿细粉混合均匀， 加。

14、入含 有表面活 性剂的水溶液中， 超声分散均匀； 0016 S4.将步骤S3得到的溶液加入步骤S2得到的溶液中， 保持原温度搅拌反应 2-4h 后， 停止加热和搅拌， 静置1-2h后， 过滤， 去离子水清洗滤渣， 滤渣再次 用行星球磨机研磨 至200目以下， 得到ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料。 0017 作为本发明的进一步改进， 所述步骤S2中所述硅烷偶联剂的乙醇溶液中硅 烷偶 联剂的质量分数为1-3， 乙醇的体积分数为35-70， 余量为水； 所述含有 表面活性剂的 水溶液中表面活性剂的质量分数为0.5-1.5。 0018 本发明进一步保护一种上述的光触媒口罩的制备方法， 包括以。

15、下步骤： 将外 层无 纺布层、 光触媒滤芯层、 活性炭无纺布层、 聚丙烯熔喷布层和里层无纺布层 依次叠放， 然后 一次复合成型， 得到光触媒口罩； 0019 所述光触媒滤芯层为将ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料和偶联剂配置成溶 液， 通过二浸二扎、 紫外线照射、 乙醇浸泡、 水洗、 烘干、 后整理工艺， 枝在无 纺布表面， 得到 光触媒滤芯层。 0020 本发明进一步保护一种上述光触媒口罩在隔绝病毒、 细菌、 螨虫以及甲醛、 硫化 物、 胺化物污染物中的应用。 0021 光触媒的作用机理是： 在光照下， 光子的能量大于半导体禁带宽度， 其价带 上的 电子(e-)就会被激发到导带上， 同。

16、时在价带上产生空穴(h+)， 激发态的导带电 子和价带空 穴又能重新合并， 并产生热能或其他形式散发掉。 当光触媒催化剂存 在合适的俘获剂、 表 面缺陷或者其他因素时， 电子和空穴的复合得到抑制， 就会 在光触媒催化剂表面发生氧 化-还原反应。 价带空穴是良好的氧化剂， 导带电子 是良好的还原剂， 在半导体光催化反应 中， 一般与表面吸附的H2O、 O2反应， 生 成氧化性很活泼的羟基自由基(OH)和超氧离子自 由基(O2-)， 能够把各种有机物 直接氧化成CO2、 H2O等无机小分子， 而且因为他们的氧化能 力强， 一般不停留 在中间步骤， 不产生中间产物， 光触媒本身也不会被消耗。 002。

17、2 由于半导体的光吸收阈值与带隙宽具有如下关系： 0023 g(nm)1240/Eg(ev) 0024 TiO2的带隙宽Eg3.2eV， 通过计算可知， 能够激发TiO2进行光催化的光主 要为波 长小于或等于387.5nm的紫外光， 而紫外光在太阳光中只占5左右， 所 以太阳光利用效率 低。 0025 根据理论研究与实验， 光触媒的作用机理具有以下特征： 第一， 光触媒光催 化反 说明书 2/9 页 4 CN 111466655 A 4 应中生成的活性羟基OH具有402.8mJ/mol的反应能， 高于有机物中如 C-C、 N-H、 C-N、 C- H、 H-O、 C-O等化学键的键能， 会导致。

18、大多数有机物在不 同程度上发生光催化分解反应； 第 二， 光触媒的催化反应必须在纳米光触媒微粒 的表面进行； 第三， 单纯的二氧化钛光触媒 只有在紫外线( 枯草芽孢杆菌金 黄色葡萄球 菌。 本发明的复合材料有有很强的抗菌性， 其抗菌性能优于0.1硝 酸银相当， 而二氧化钛 在光照和暗处条件下的抗菌性能差异明显， 主要是由于二 氧化钛需要在光催化的条件下 才能更好的发挥抗菌性能， 而本发明制备的 ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料在光照和 暗处均有很强的抗菌性能， 说明本发 明的复合材料具有比单独的二氧化钛更强的抗菌能 力。 0122 由表2可知， 本发明实施例制备的ZnO-TiO2-钙钛。

19、矿/硅藻土复合材料、 二氧 化钛 和0.1硝酸银对于三种菌的抑菌持久性能均表现为大肠杆菌枯草芽孢杆 菌金黄色葡 萄球菌。 本发明ZnO-TiO2-钙钛矿/硅藻土复合材料的抗菌持久性强， 在光照条件下， 其抗 菌持久性能强于0.1硝酸银， 并且优于二氧化钛相当。 而 在暗处条件下， 本发明的复合材 料与0.1硝酸银相比具有更优的持久性， 并且 大大优于二氧化钛在暗处的表现， 说明本 发明制备的复合材料兼具了硝酸银的强 抗菌性和二氧化钛的光催化抗菌性， 是一种非常 有前景的新型抗菌材料。 0123 对比例1中采用普通活性炭替代硅藻土作为基体材料， 其持久性和抗菌性均 显著 下降， 可见， 硅藻土中。

20、含有的微量金属元素进一步与ZnO-TiO2-钙钛矿光催 化剂具有增强 光催化、 光响应的效果， 具有协同增效的作用。 0124 对比例2和对比例3中制得的复合材料中分别未添加ZnO或钙钛矿， 其对 于各种细 菌的抑制性能以及抑制持久性能都显著下降， 可见ZnO和钙钛矿的添 加， 具有协同增效的 作用， 能够显著提高TiO2的光催化性能。 0125 与现有技术相比， 本发明以硅藻土基体材料， 其具有较大的比表面积和高的 吸附 活性， 确保复合光触媒滤网材料较大的吸附能力； ZnO-TiO2-钙钛矿光催化 剂提高了光催 化降解活性； 硅藻土中含有的微量金属元素进一步与ZnO-TiO2-钙 钛矿光催。

21、化剂具有增强 光催化、 光响应的效果， 具有协同增效的作用。 0126 本发明制备的空气净化器用光触媒口罩具有较高的吸附能力及高催化降解 能 力， 用于医护人员、 病人或普通健康人群中， 能起到隔绝病毒、 细菌的作用， 避免交叉感染， 同时， 有助于杀灭螨虫， 长时间佩戴口罩不会引起皮肤过敏、 红 疹等情况出现， 使用更方 便； 使用本发明光触媒口罩进一步能降解空气中有机污 染物如甲醛、 硫化物、 胺化物等， 保 说明书 8/9 页 10 CN 111466655 A 10 护人体健康。 0127 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明 的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的 保护范围之内。 说明书 9/9 页 11 CN 111466655 A 11 图1 说明书附图 1/1 页 12 CN 111466655 A 12 。