CN101518730A - 一种复合纳米二氧化钛光催化材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合纳米二氧化钛光催化材料及制备方法，该方法包括：取质量比为1∶4∶10的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚混合均匀得到复合溶胶；然后在上述复合溶胶里浸泡多孔陶瓷30分钟；之后取出多孔陶瓷，并保持在300℃温度加热30分钟，得到光催化陶瓷负载二氧化钛材料。与现有技术相比，本发明二氧化钛溶胶中掺杂了改性二氧化硅溶胶，通过Ti－O－Si键取代了原来的Ti－O－Ti键，降低了钛的氧化还原电位，使二氧化钛光吸收波长产生红移，提高钛的可见光利用率，同时提高了涂层的附着力和硬度。

Description

一种复合纳米二氧化钛光催化材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及光触媒材料，特别是一种可用于室内空气污染治理的复合纳米二氧化钛光催化材料，同时本发明还涉及一种制备该材料的方法。
背景技术：
近年来，随着人们生活水平的提高，大量新型装饰材料和豪华时尚的现代家具及生活用品不断进入室内，而由此所造成的室内环境污染也日趋严重。室内主要污染物甲醛、苯、甲苯等可挥发性有机物(VOC)严重超标给人们带来的疾病正引起世界各国高度重视。
关于室内污染物的治理，国内外有多种方法，如：物理法、化学法、生物法、光触媒技术等。其中物理法主要是将有害物质吸附在产品内部的毛细结构表面。对苯及苯的衍生物等分子较大的有机污染物吸附效果较好，对甲醛、氨等小分子气体吸附效果相对较差。其优点是有效期内不产生二次污染，缺点是效果缓慢，不能对有害物质进行分解，吸附饱和后，就需要更换，否则有害气体就会重新释放出来，重新造成污染。化学法是通过可与室内空气污染物发生化学反应的化学物质，对室内空气进行治理。其优点是成本低，见效快。缺点是持续效果时间短，会产生二次污染。生物法是利用植物对有机气体有选择性吸收的特性，来去除空气中的一氧化碳、苯、甲醛等有害气体。比如芦荟吸收甲醛、常青藤吸收苯、龙舌兰吸收苯和甲醛。其优点是美化环境同时消除空气污染，不产生二次污染，但效果很有限。
光触媒技术常采用的是纳米级二氧化钛(TiO2)通过紫外线催化，产生游离电子及空穴，进而产生具有极强氧化作用的活性氧和羟基自由基，它可将空气中的有机污染物氧化为二氧化碳和水。其优点是消除速度快，效果好，持续时间长，基本不产生二次污染。光触媒作为催化剂本身不被损耗。缺点是需要紫外光激发，可见光利用率低，室内光线弱会影响催化效果。为了突破光催化氧化技术的瓶颈，有两条技术途径：一是对TiO2进行改性，在保持TiO2本身所具有的优点的基础上，使其光催化效应的激发波长红移至可见光波段；二是研制对可见光响应的新型光催化剂。
发明内容：
为此，本发明的目的在于提供一种复合纳米二氧化钛光催化材料及制备方法，以提高传统二氧化钛光触媒材料的可见光利用率，增强了二氧化钛光催化性能。
为实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：
一种复合纳米二氧化钛光催化材料，包括二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚，其中所述二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚的质量比为1：4：10。
所述二氧化钛溶胶的浓度为1％。
同时本发明还提供一种复合纳米二氧化钛光催化材料的制备方法，包括步骤：
B、取质量比为1：4：10的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚混合均匀得到复合溶胶；
C、在上述复合溶胶里浸泡多孔陶瓷30分钟；
D、取出多孔陶瓷，并保持在300℃温度加热30分钟，得到光催化陶瓷负载二氧化钛材料。
其中所述二氧化钛溶胶的浓度为1％。
步骤B之前还包括步骤：
A、取质量比为17：5：4的正硅酸乙酯、去离子水、硅烷偶联剂进行混合酸化反应得到二氧化硅溶胶。
所述二氧化钛溶胶采用无机钛盐为原料，通过微波法制得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中二氧化钛溶胶中掺杂改性二氧化硅溶胶，由Ti-O-Si键取代了原来的Ti-O-Ti键，降低了钛的氧化还原电位，使二氧化钛光吸收波长产生红移，提高钛的可见光利用率。
2、通过二氧化钛硅抑制二氧化钛晶型由锐钛矿型向金红石型转变，而且在烧结时能抑制锐钛矿型晶体增长，在紫外光照射下提高二氧化钛的亲水性，以获得更多的表面羟基，提高光催化效率。
3、本发明通过掺杂纳米二氧化硅溶胶提高了涂层的附着力和硬度。
具体实施方式：
本发明的核心思想是：取质量比为1：4：10的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚混合均匀得到复合溶胶；然后在上述复合溶胶里浸泡多孔陶瓷30分钟；之后取出多孔陶瓷，并保持在300℃温度加热30分钟，得到光催化陶瓷负载二氧化钛材料。由于上述二氧化钛溶胶中掺杂了改性二氧化硅溶胶，通过Ti-O-Si键取代了原来的Ti-O-Ti键，降低了钛的氧化还原电位，使二氧化钛光吸收波长产生红移，提高钛的可见光利用率。
为阐述本发明的思想及目的，下面将结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
本发明提供一种复合纳米二氧化钛光催化材料，其主要包括有二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚，其中所述二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚的质量比为1：4：10，而且所述二氧化钛溶胶的浓度为1％。
另外本发明还提供一种复合纳米二氧化钛光催化材料的制备方法，其中包括步骤：
A、取质量比为17：5：4的正硅酸乙酯、去离子水、硅烷偶联剂进行混合酸化反应得到二氧化硅溶胶。
其中改性的有机二氧化硅溶胶主要通过正硅酸四乙酯水解，再在酸催化下加硅烷偶联剂水解得到，同时还需要制备浓度为1％的二氧化钛溶胶，其主要制备过程为：首先将无机钛盐通过水解得到钛酸溶液；然后将上述钛酸溶液通过微波沉淀出二氧化钛颗粒，并进行沉淀水洗；最后则向经过沉淀水洗后的溶液中加入添加剂和催化剂，经分步的温度处理，冷却后，加入沉淀剂，沉淀出非钛类无机杂物，得到纯水性氧化钛溶胶。
B、取质量比为1：4：10的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚混合均匀得到复合溶胶；
上述二氧化硅溶胶和二氧化钛溶胶制备完成之后，则取质量比为1：4：10的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚混合均匀得到复合溶胶；
C、在上述复合溶胶里浸泡多孔陶瓷30分钟；
这里将活性炭或者多孔陶瓷浸泡在上述复合溶胶中30分钟。
D、取出多孔陶瓷，并保持在300℃温度加热30分钟，得到光催化陶瓷负载二氧化钛材料。
其中上述复合溶胶在300℃温度处理后，经过球磨得到具有光催化性能的光触媒材料，也可以制成粉体或者负载在活性炭、多孔陶瓷材料上或者玻璃表面，温度处理后得到均匀、透明、强附着力、高硬度的光催化涂层材料。
下面将结合优选实施例和具体实验数据对本发明做进一步的描述。
取质量比为17：5：4的正硅酸乙酯、去离子水、硅烷偶联剂进行混合酸化反应得到二氧化硅溶胶。
优选实施例一，首先将无机钛盐按摩尔比计算出二氧化钛的质量，然后称取2克的无机二氧化钛溶胶(1％)，8克二氧化硅溶胶，20克丙二醇甲醚混合制得复合溶胶，然后采用喷涂法将复合溶胶在玻璃基板上形成膜，并将上述涂层在300℃温度处理30分钟，得到光催化涂层。
然后对上述形成的光催化涂层进行降解实验：在一个密闭房间(2×1.5×1.5m)中，通过甲醛发生器产生甲醛，利用风扇加速空气流动，同时采用4个200W紫外灯对涂层面积为1m×1m的光催化涂层进行激发24小时，之后甲醛降解率为45％。
优选实施例二，首先将无机钛盐按摩尔比计算出二氧化钛的质量，称取2克的无机二氧化钛溶胶(1％)，8克二氧化硅溶胶，10克丙二醇甲醚混合制得复合溶胶，然后把多孔陶瓷浸泡在复合溶胶里30分钟，取出后将陶瓷在300℃温度处理30分钟，得到光催化陶瓷负载二氧化钛材料。
对上述形成的光触媒材料进行降解实验：在一个密闭房间(2×1.5×1.5m)中，通过甲醛发生器产生甲醛，利用风扇加速空气流动，同时采用4个200W紫外灯，然后对一平方米玻璃上喷涂所需要的复合溶胶的量进行光照24小时，甲醛降解率为53％。
通过以上数据可知，本发明复合纳米二氧化钛光催化材料可以大大提高传统二氧化钛光触媒材料的光催化性能。
以上是对本发明所提供的一种复合纳米二氧化钛光催化材料及制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体数据对发明中各成分及其比例进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1、一种复合纳米二氧化钛光催化材料，其特征在于包括二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚，其中所述二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚的质量比为1：4：10。
2、根据权利要求1所述的复合纳米二氧化钛光催化材料，其特征在于所述二氧化钛溶胶的浓度为1％。
3、一种复合纳米二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于包括步骤：
B、取质量比为1：4：10的二氧化钛溶胶、二氧化硅溶胶以及丙二醇甲醚混合均匀得到复合溶胶；
C、在上述复合溶胶里浸泡多孔陶瓷30分钟；
D、取出多孔陶瓷，并保持在300℃温度加热30分钟，得到光催化陶瓷负载二氧化钛材料。
4、根据权利要求3所述的复合纳米二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛溶胶的浓度为1％。
5、根据权利要求3所述的复合纳米磷钨酸二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于步骤B之前还包括步骤：
A、取质量比为17：5：4的正硅酸乙酯、去离子水、硅烷偶联剂进行混合酸化反应得到二氧化硅溶胶。
6、根据权利要求3所述的复合纳米磷钨酸二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于所述二氧化钛溶胶采用无机钛盐为原料，通过微波法制得。
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