一种具有空气净化功能的照明灯
阅读说明：本技术 一种具有空气净化功能的照明灯 (Lighting lamp with air purification function ) 是由 张景松 张爱芬 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有空气净化功能的照明灯,包括电光源、灯座和灯罩,灯罩外表面均匀喷涂一层光催化剂薄膜,所述光催化剂薄膜由光催化剂与成膜剂制备,所述光催化剂由钛酸铋纳米片和碳化钛纳米片在纳米氧化铝微粒上聚集而成,具有多孔道的表面；本发明将空气净化与日常的照明灯具结合起来,在照明的同时净化室内空气,实现照明灯的多功能化,本发明具有净化效果好,使用寿命长的特点。(The invention relates to a lighting lamp with an air purification function, which comprises an electric light source, a lamp holder and a lampshade, wherein the outer surface of the lampshade is uniformly sprayed with a layer of photocatalyst film, the photocatalyst film is prepared from a photocatalyst and a film-forming agent, the photocatalyst is formed by aggregating bismuth titanate nano-sheets and titanium carbide nano-sheets on nano-alumina particles and has a porous surface; the multifunctional air purifier combines air purification with a daily lighting lamp, purifies indoor air while lighting, realizes the multifunction of the lighting lamp, and has the characteristics of good purification effect and long service life.)
技术领域
本发明涉及照明灯具领域，具体涉及一种具有空气净化功能的照明灯。
背景技术
室内装修以及建筑材料中的污染物引起的家居环境污染备受人们关注，在室内空气中存在多种挥发性有机物，其中不乏致癌物质与致病病毒，未知成分也相当复杂，其中最具代表性的甲醛，极大增加致癌风险，因此，各种净化器应运而生，在现有技术中，很多空气净化器中应用光催化剂，以杀灭病毒和细菌、分解甲醛和其他有毒气体，其中以TiO2为代表的氧化物型光催化剂，具有优良的催化性能和为稳定的化学性能，但其禁带较宽，仅吸收紫外光，以钛酸铋为代表的三元氧化铋半导体，作为一种具有可见光催化活性的光催化剂而备受关注，但纯的Bi4Ti3O12对可见光的吸收效率不高，且电子-空穴复合率高，因而其光催化的效率较低；另外，灯具是室内常用的照明器件，功能较为单一。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种具有空气净化功能的照明灯。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种具有空气净化功能的照明灯，包括电光源、灯座和灯罩，灯罩外表面均匀喷涂一层光催化剂薄膜；所述光催化剂薄膜由光催化剂与成膜剂制备；
所述光催化剂包括有钛酸铋纳米片和碳化钛纳米片，其制备方法包括以下步骤：
S1、钛酸铋纳米片制备
在25ml异丙醇中加入10mlN，N-二甲基甲酰胺，混合均匀后，边搅拌边加入1ml的钛酸四丁酯，继续搅拌使混合充分，移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度180-200℃，水热时间20-24h，自冷后滤出产物，无水乙醇洗涤，80℃干燥10h，得到前驱产物；称取9.7g的五水硝酸铋，溶于乙二醇中，称取前驱产物2.4g溶于水中，边搅拌边将前驱产物水溶液缓慢加入硝酸铋的乙二醇溶液中，充分混合均匀后移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度170-180℃，水热时间18-20h，自冷后滤出产物，分别以去离子水和无水乙醇洗涤，70℃干燥8h，得到钛酸铋纳米片；
S2、光催化剂制备
将纳米氧化铝在水溶液中分散，水浴加热升温至60-65℃，加入钛酸铋纳米片、碳化钛纳米片，氧化铝、钛酸铋和碳化钛的质量比例为1:(1.6-2.4):(0.6-0.8)，固液比在50-80，经100-120r/min磁力低速搅拌2-5h，滤出产物，去离子水洗涤，干燥制得所述光催化剂。
优选地，所述光催化剂薄膜的厚度为5-10μm。
优选地，所述成膜剂为聚乙烯醇。
优选的，所述钛酸铋纳米片为铬掺杂的钛酸铋纳米片，其制备方法为：
在制备前驱产物的水热反应开始前，在反应体系中加入钛酸四丁酯摩尔量10％-20％的九水硝酸铬，再进行水热反应，再以制得的前驱产物制备钛酸铋纳米片得到。
优选的，所述光催化剂表面还修饰接枝有氨基基团，其制备方法为：
将纳米氧化铝在水溶液中分散，水浴加热升温至60-65℃，加入钛酸铋纳米片、碳化钛纳米片，100-120r/min磁力低速搅拌2-5h，保持温度和搅拌，加入10％溶液体积的N，N-二甲基甲酰胺，加入终浓度为0.5％-1％的环氧氯丙烷，逐滴滴加两倍环氧氯丙烷体积的五乙烯六胺或三乙烯四胺，继续低速搅拌1h，率出产物，分别以稀氨水、去离子水洗涤，干燥制得。
优选地，所述纳米氧化铝的粒径大小范围在20-80nm。
优选地，所述灯罩内还设置有辅助激发光催化剂的紫外线发光元件。
本发明的有益效果为：
(1)本发明将空气净化器与日常的照明灯具结合起来，提供一种具有空气净化功能的照明灯，通过在灯罩外表面负载一层光催化剂涂层，在照明的同时净化室内空气，实现照明灯的多功能化，本发明具有净化效果好，使用寿命长的特点。
(2)以分散的、带表面正电的纳米氧化铝为核心，诱导溶液中带有负电荷的碳化钛纳米片和钛酸铋纳米片在其表面聚集结合形成多孔道的微纳结构，具有超薄、微孔与介孔结构的催化剂具有极高的比表面积，提高了钛酸铋的催化降解活性，碳化钛高的电子通导率和光热效应也对钛酸铋起到助催化的作用。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本申请的实施例涉及一种具有空气净化功能的照明灯，包括电光源、灯座和灯罩，灯罩外表面均匀喷涂一层光催化剂薄膜；所述光催化剂薄膜由光催化剂与成膜剂制备；
所述光催化剂包括有钛酸铋纳米片和碳化钛纳米片，其制备方法包括以下步骤：
S1、钛酸铋纳米片制备
在25ml异丙醇中加入10mlN，N-二甲基甲酰胺，混合均匀后，边搅拌边加入1ml的钛酸四丁酯，继续搅拌使混合充分，移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度180-200℃，水热时间20-24h，自冷后滤出产物，无水乙醇洗涤，80℃干燥10h，得到前驱产物；称取9.7g的五水硝酸铋，溶于乙二醇中，称取前驱产物2.4g溶于水中，边搅拌边将前驱产物水溶液缓慢加入硝酸铋的乙二醇溶液中，充分混合均匀后移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度170-180℃，水热时间18-20h，自冷后滤出产物，分别以去离子水和无水乙醇洗涤，70℃干燥8h，得到钛酸铋纳米片；
S2、光催化剂制备
将纳米氧化铝在水溶液中分散，水浴加热升温至60-65℃，加入钛酸铋纳米片、碳化钛纳米片，氧化铝、钛酸铋和碳化钛的质量比例为1:(1.6-2.4):(0.6-0.8)，固液比在50-80，经100-120r/min磁力低速搅拌2-5h，滤出产物，去离子水洗涤，干燥制得所述光催化剂。
钛酸铋(Bi4Ti3O12)作为一种典型的Aurivillius化合物，作为一类具有可见光催化活性的光催化剂，具有独特的晶体结构(交替的(Bi2O2)2+与(Bi2Ti3O10)2-层)和电子结构(Bi6s和O2p中的杂化带隙)，受到人们广泛关注。然而，单纯的Bi4Ti3O12的可见光吸收能力相对有限，并且较高的电子-空穴复合率限制其进一步的应用；碳化钛(Ti3C2Tx)是一种二维层状过渡金属碳化物，其导电性能良好，有优良的微波吸收和电磁屏蔽性能，具有在高吸光率和高效光热转换的特点。
纳米氧化铝在中性的水溶液中具有正的ζ电位，其粒子表面带有正电荷，本发明以分散的、带表面正电的纳米氧化铝为核心，诱导溶液中带有负电荷的碳化钛纳米片和钛酸铋纳米片在其表面聚集结合，由于纳米片的边缘电荷密度更高，纳米片倾向竖直结合在氧化铝核心的表面，纳米片的聚集形成多孔道的微纳结构，一方面，具有超薄、微孔与介孔结构的催化剂具有极高的比表面积，可以暴露大量的活性位点，并缩短了载流子的传输距离、降低电子-空穴的复合机率，从而提高催化降解活性，另一方面，光线在多孔道结构中通过多次反射而提高光的吸收利用率，同时，碳化钛高的电子通导率使得光生载流子可以迅速导出，从而减少复合，其高效的光热效应提高了对可见光的吸收效率，其产生局部能量可以活化钛酸铋纳米片，对钛酸铋起到助催化的作用，促进光催化反应。
优选地，所述光催化剂薄膜的厚度为5-10μm。
光催化剂薄膜的厚度过小则催化效果不佳，而过厚的薄膜则会影响光的透过率，影响照明效果，适当的薄膜厚度可以平衡对催化效果与照明效果的要求。
优选地，所述成膜剂为聚乙烯醇。
聚乙烯醇的溶解度高，成膜性好，且成膜具有优良的柔韧性。
优选的，所述钛酸铋纳米片为铬掺杂的钛酸铋纳米片，其制备方法为：
在制备前驱产物的水热反应开始前，在反应体系中加入钛酸四丁酯摩尔量10％-20％的九水硝酸铬，再进行水热反应，再以制得的前驱产物制备钛酸铋纳米片得到。
铬元素的掺杂引入可以提高钛酸铋的光催化性能，提高催化剂对有机物的催化降解速率和降解效果，由于铬元素3d轨道对钛酸铋导带和价带电子的贡献促进能级上的电子传输，降低其带隙值，拓宽了对可见光区的响应范围，从而提高催化活性。
优选的，所述光催化剂表面还修饰接枝有氨基基团，其制备方法为：
将纳米氧化铝在水溶液中分散，水浴加热升温至60-65℃，加入钛酸铋纳米片、碳化钛纳米片，100-120r/min磁力低速搅拌2-5h，保持温度和搅拌，加入10％溶液体积的N，N-二甲基甲酰胺，加入终浓度为0.5％-1％的环氧氯丙烷，逐滴滴加两倍环氧氯丙烷体积的五乙烯六胺或三乙烯四胺，继续低速搅拌1h，率出产物，分别以稀氨水、去离子水洗涤，干燥制得。
有机污染物的光催化降解容易在催化剂上形成积碳，造成催化剂失活，影响催化效果和寿命，本发明通过表面修饰枝接氨基基团，在催化剂表面引入具有路易斯碱性中心的官能团，使催化剂不易发生积碳而失活，提高催化稳定性，同时起到稳定空穴、延长载流子寿命的效果。
优选地，所述纳米氧化铝的粒径大小范围在20-80nm。
纳米氧化铝的粒径大小对制备的光催化剂性能具有较大的影响，粒径过小或过大均不利于聚集体的形成，影响催化活性。
优选地，所述灯罩内还设置有辅助激发光催化剂的紫外线发光元件。
钛酸铋对紫外光具有光响应活性，通过在灯罩内设置紫外元件可以进一步提高对有机污染物的催化降解效果，但设置紫外元件可能会造成存在紫外线泄露。
实施例1
一种光催化剂，包括有钛酸铋纳米片和碳化钛纳米片，其制备方法包括以下步骤：
S1、钛酸铋纳米片制备
在25ml异丙醇中加入10mlN，N-二甲基甲酰胺，混合均匀后，边搅拌边加入1ml的钛酸四丁酯，继续搅拌使混合充分，移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度180-200℃，水热时间20-24h，自冷后滤出产物，无水乙醇洗涤，80℃干燥10h，得到前驱产物；称取9.7g的五水硝酸铋，溶于乙二醇中，称取前驱产物2.4g溶于水中，边搅拌边将前驱产物水溶液缓慢加入硝酸铋的乙二醇溶液中，充分混合均匀后移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度170-180℃，水热时间18-20h，自冷后滤出产物，分别以去离子水和无水乙醇洗涤，70℃干燥8h，得到片状结构大小约为100-200nm的钛酸铋纳米片；
S2、光催化剂制备
将纳米氧化铝在水溶液中分散，所述纳米氧化铝的粒径为20-80nm，水浴加热升温至60-65℃，加入钛酸铋纳米片、碳化钛纳米片，氧化铝、钛酸铋和碳化钛的质量比例为1:(1.6-2.4):(0.6-0.8)，固液比在50-80，经100-120r/min磁力低速搅拌2-5h，滤出产物，去离子水洗涤，干燥制得所述光催化剂。
实施例2
一种光催化剂，其制备方法包括以下步骤：
S1、钛酸铋纳米片制备
在25ml异丙醇中加入10mlN，N-二甲基甲酰胺，混合均匀后，边搅拌边加入1ml的钛酸四丁酯，加入0.124g的九水硝酸铬，继续搅拌使混合充分，移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度180-200℃，水热时间20-24h，自冷后滤出产物，无水乙醇洗涤，80℃干燥10h，得到前驱产物；称取9.7g的五水硝酸铋，溶于乙二醇中，称取前驱产物2.4g溶于水中，边搅拌边将前驱产物水溶液缓慢加入硝酸铋的乙二醇溶液中，充分混合均匀后移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度170-180℃，水热时间18-20h，自冷后滤出产物，分别以去离子水和无水乙醇洗涤，70℃干燥8h，得到片状结构大小约为100-200nm的钛酸铋纳米片；
S2、光催化剂制备
将纳米氧化铝在水溶液中分散，所述纳米氧化铝的粒径为20-80nm，水浴加热升温至60-65℃，加入钛酸铋纳米片、碳化钛纳米片，氧化铝、钛酸铋和碳化钛的质量比例为1:(1.6-2.4):(0.6-0.8)，固液比在50-80，经100-120r/min磁力低速搅拌2-5h，滤出产物，去离子水洗涤，干燥制得所述光催化剂。
实施例3
一种光催化剂，其制备方法包括以下步骤：
S1、钛酸铋纳米片制备
在25ml异丙醇中加入10mlN，N-二甲基甲酰胺，混合均匀后，边搅拌边加入1ml的钛酸四丁酯，加入0.124g的九水硝酸铬，继续搅拌使混合充分，移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度180-200℃，水热时间20-24h，自冷后滤出产物，无水乙醇洗涤，80℃干燥10h，得到前驱产物；称取9.7g的五水硝酸铋，溶于乙二醇中，称取前驱产物2.4g溶于水中，边搅拌边将前驱产物水溶液缓慢加入硝酸铋的乙二醇溶液中，充分混合均匀后移入聚四氟乙烯水热反应釜进行水热反应，水热温度170-180℃，水热时间18-20h，自冷后滤出产物，分别以去离子水和无水乙醇洗涤，70℃干燥8h，得到片状结构大小约为100-200nm的钛酸铋纳米片；
S2、光催化剂制备
将纳米氧化铝在水溶液中分散，所述纳米氧化铝的粒径为20-80nm，水浴加热升温至60-65℃，加入钛酸铋纳米片、碳化钛纳米片，100-120r/min磁力低速搅拌2-5h，保持温度和搅拌，加入10％溶液体积的N，N-二甲基甲酰胺，加入终浓度为0.5％-1％的环氧氯丙烷，逐滴滴加两倍环氧氯丙烷体积的五乙烯六胺或三乙烯四胺，继续低速搅拌1h，率出产物，分别以稀氨水、去离子水洗涤，干燥制得所述光催化剂。
实施例4
一种具有空气净化功能的照明灯，包括电光源、灯座和灯罩，灯罩外表面均匀喷涂一层光催化剂薄膜，所述光催化剂薄膜的厚度为5-10μm，所述光催化剂薄膜由光催化剂与聚乙烯醇制备；所述光催化剂由实施例1或实施例2或实施例3所述制备方法制得；
所述灯罩内还设置有辅助激发光催化剂的紫外线发光元件。
催化活性评价：
采用连续流动模式的固定床微反应器，反应温度控制在30℃，将0.1g催化剂与1g60目高纯石英砂混合后装入反应器，催化剂样品包括实施例1-3所述制备方法制得的催化剂、钛酸钡纳米片和钛酸钡纳米片与碳化钛纳米片的直接混合物，反应器四周氙气灯照射，另以加有420nm截止滤光片的氙气灯对比，以250ppm的苯蒸气或100ppm甲醛作为反应气，流速30ml/min，在线气相色谱仪检测残留苯或甲醛浓度，由浓度差计算降解率，结果如下：
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。