发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足之处,本发明的首要目的在于提供一种纳米TiO2乳液的合成方法。
本发明的又一目的在于提供一种上述方法合成的香型纳米TiO2乳液。将该乳液做成喷剂,可以有效去除室内以及车用甲醛,苯类以及TVOC等有害气体。
本发明的再一目的在于提供上述香型纳米TiO2乳液的应用。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种纳米TiO2乳液的合成方法,包括以下操作步骤:
(1)将钛盐加入去离子水中,所述去离子水的电导率为2~15μS·cm-2,搅拌分散均匀后用碱性溶液调节pH至5~7,得到白色浆体;
(2)将步骤(1)所得白色浆体经离心分离后获得固体浆料,然后将固体浆料重新分散于去离子水中,搅拌分散均匀后再离心分离,得到白色沉淀A;
(3)将步骤(2)所得白色沉淀A加入到弱酸性溶液中,经过充分分散搅拌后,得到分散液;将分散液离心分离,获得白色沉淀B;
(4)将步骤(3)所得白色沉淀B加入去离子水中,然后加入1~5wt%的硝酸镧(La(NO3)3),溶解完全后,再加入与白色沉淀B质量比为20~35∶1的双氧水溶液;室温下放置8~12h,得到溶液;
(5)将步骤(4)所得溶液置于反应釜中,密闭搅拌加热6~10h,加热温度为90~100℃,获得纳米二氧化钛溶胶;
(6)将步骤(5)所得纳米二氧化钛溶胶冷却至室温,加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.5~1%的无机分散剂;
(7)加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.05~0.5%的香精和占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.1~0.75%的增溶剂后经搅拌充分,获得了香型纳米TiO2乳液。
步骤(1)所述钛盐与去离子水的质量比为1∶1000~1200;所述碱性溶液的质量百分比浓度为10~25%;所述钛盐为硫酸氧钛、硫酸钛或四氯化钛;所述碱性溶液为尿素、氨水溶液、氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液和碳酸氢铵溶液中的一种以上。
步骤(1)所述搅拌是采用搅拌机在500~1200转/分钟的转速下进行搅拌,搅拌时间为0.5~3h。
步骤(2)所述固体浆料与去离子水的质量比为1∶1200~1500;所述搅拌是采用搅拌机在500~1200转/分钟的转速下进行搅拌,搅拌时间为0.5~3h。
步骤(3)所述弱酸性溶液是醋酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、甲酸、酒石酸或草酸钠溶液;所述弱酸性溶液的用量占分散液质量的1~5%。
步骤(4)所述白色沉淀B与去离子水的质量比为1∶1200~1500;所述双氧水溶液为质量百分比浓度为20~40%的工业双氧水与去离子水按照体积比为1∶3~6配置而成。
步骤(6)所述无机分散剂为磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种或两种;步骤(7)所述香精为百合香精、玫瑰香精、柠檬香精、茉莉香精或熏衣草香精;所述增溶剂为阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的一种以上。
所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、氯化十二烷基三甲基铵或N,N-二甲基-N-十二烷基氧化铵;所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、二(2-乙基己基)磺化琥珀酸钠或十二烷基苯磺酸。
一种根据上述方法合成的香型纳米TiO2乳液,所述纳米TiO2乳液的pH值为6~8,粒径为5~20nm。
上述的香型纳米TiO2乳液应用于除有毒气体,所述有毒气体为甲醛、苯、氨气、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫或甲苯。
本发明所得纳米TiO2乳液的外光为乳白色半透明液体,泛蓝光。
本发明的原理是:纳米TiO2乳液在光照射时在其纳米二氧化钛颗粒表面产生电子和空穴,然后与空气中的氧气(O2)和水分子(H2O)反应,产生具超高氧化能力的氢氧自由基(OH)和氧负离子(O2-);甲醛、苯、氨、TVOC等有害气体还有臭气、细菌等与氢氧自由基反应,最终被分解成无污染的二氧化碳和水;纳米TiO2乳液自身并不参加反应,仅仅起催化作用;所以只要纳米TiO2乳液不被除去,其催化作用就是永久的;在制备纳米TiO2乳液过程中,去离子水对制备的纳米TiO2乳液颗粒尺寸有很大的影响,如果离子电导率过高,会使得纳米二氧化钛颗粒表面电荷平衡发生改变,从而使生成的纳米颗粒容易团聚,形成大颗粒而沉淀下来,不能获得良好分散的纳米TiO2乳液颗粒,本发明采用电导率为2~15μS·cm-2的去离子水制备纳米TiO2乳液,可以很好地分散纳米TiO2乳液。本发明在制备过程中加入双氧水进行氧化,主要是考虑到双氧水的强氧化性,环保,而且不会带入新的杂质,双氧水在加热之后会分解产生水和氧气,因此不会影响纳米TiO2乳液。本发明中加入La(NO3)3目的是在纳米二氧化钛中掺入La3+,提高纳米二氧化钛乳液在可见光下光催化活性。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:(1)本发明纳米TiO2乳液为纳米级颗粒,粒径非常小,常温下稳定性非常好,可长期放置1年以上不分层,具有长期有效性,可再生;(2)本发明产品由于为中性溶液,因此,可以喷涂于室内如墙壁,家具,办公用品,也可以喷涂于医院,汽车等几乎所有的材料表面,而不会影响材料本身的性能,不会和这些材料发生物理化学反应;(3)本发明产品不仅显示出良好的光催化活性,能有效地去除甲醛、苯类以及氨类等有害气体,而且能散发香味,可以根据实际需要在室内或车内获得不同香味,可以代替香水。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将10g固体硫酸氧钛粉体加入到12kg去离子水中,所述去离子水的电导率为15μS·cm-2,用搅拌机以500转/分钟的转速搅拌0.5h,搅拌分散均匀后用质量百分比浓度为25%的氨水溶液调节pH至6,得到白色浆体40g;
(2)将步骤(1)所得白色浆体经离心分离后获得固体浆料15g,然后将固体浆料重新分散于18kg去离子水中,用搅拌机以500转/分钟的转速搅拌0.5h,搅拌分散均匀后再离心分离,得到白色沉淀A;
(3)将步骤(2)所得白色沉淀A加入到柠檬酸溶液中,经过充分分散搅拌后,得到分散液;将分散液离心分离,获得白色沉淀B;所述柠檬酸溶液的用量占分散液质量的5%;
(4)将步骤(3)所得白色沉淀B先加入去离子水中,所述白色沉淀B与去离子水的质量比为1∶1200;然后加入1wt%的硝酸镧(La(NO3)3),待完全溶解后再加入与白色沉淀B质量比为20∶1的双氧水溶液(所述双氧水溶液为质量百分比浓度为40%的工业双氧水与去离子水按照体积比为1∶3配置而成);室温下放置8h,得到溶液;
(5)将步骤(4)所得溶液置于反应釜中,密闭搅拌加热6h,加热温度为98℃,获得纳米二氧化钛溶胶;
(6)将步骤(5)所得纳米二氧化钛溶胶冷却至室温,加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数1%的磷酸钠;
(7)加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.05%百合香精和占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.75%增溶剂十六烷基三甲基溴化铵后经搅拌充分,获得了百合香型纳米TiO2乳液。
观察所得百合香型纳米TiO2乳液的外观,测定乳液中粒子粒径的,检测所得百合香型纳米TiO2乳液对苯、甲醛等有毒物质的降解率,结果如表1所示。
实施例2
(1)将10g四氯化钛加入到15kg去离子水中,所述去离子水的电导率为10μS·cm-2,用搅拌机以1200转/分钟的转速搅拌2h,搅拌分散均匀后用质量百分比浓度为20%的氢氧化钠溶液调节pH至7,得到白色浆体40g;
(2)将步骤(1)所得白色浆体经离心分离后获得固体浆料15g,然后将固体浆料重新分散于15kg去离子水中,用搅拌机以1000转/分钟的转速搅拌1h,搅拌分散均匀后再离心分离,得到白色沉淀A;
(3)将步骤(2)所得白色沉淀A加入到醋酸溶液中,经过充分分散搅拌后,得到分散液;将分散液离心分离,获得白色沉淀B;所述醋酸溶液的用量占分散液质量的1%;
(4)将步骤(3)所得白色沉淀B先加入去离子水中,所述白色沉淀B与去离子水的质量比为1∶1500;然后加入1.5wt%的La(NO3)3,待完全溶解后再加入与白色沉淀B质量比为35∶1的双氧水溶液(所述双氧水溶液为质量百分比浓度为20%的工业双氧水与去离子水按照体积比为1∶6配置而成);室温下放置10h,得到溶液;
(5)将步骤(4)所得溶液置于反应釜中,密闭搅拌加热6h,加热温度为100℃,获得纳米二氧化钛溶胶;
(6)将步骤(5)所得纳米二氧化钛溶胶冷却至室温,加入占纳米光触媒乳液质量百分数0.5%的六偏磷酸钠;
(7)加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.5%柠檬香精和占纳米光触媒乳液质量百分数0.1%增溶剂十二烷基苯磺酸钠后经搅拌充分,获得了柠檬香型纳米TiO2乳液。
观察所得柠檬香型纳米TiO2乳液的外观,测定乳液中粒子粒径的,检测所得柠檬香型纳米TiO2乳液对苯、甲醛等有毒物质的降解率,结果如表1所示。
实施例3
(1)将10g硫酸氧钛加入到13kg去离子水中,所述去离子水的电导率为8μS·cm-2,用搅拌机以800转/分钟的转速搅拌1h,搅拌分散均匀后用质量百分比浓度为15%的碳酸氢钠溶液调节pH至7,得到白色浆体45g;
(2)将步骤(1)所得白色浆体经离心分离后获得固体浆料12g,然后将固体浆料重新分散于13.2kg去离子水中,用搅拌机以800转/分钟的转速搅拌3h,搅拌分散均匀后再离心分离,得到白色沉淀A;
(3)将步骤(2)所得白色沉淀A加入到乳酸溶液中,经过充分分散搅拌后,得到分散液;将分散液离心分离,获得白色沉淀B;所述乳酸溶液的用量占分散液质量的1%;
(4)将步骤(3)所得白色沉淀B先加入去离子水中,所述白色沉淀B与去离子水的质量比为1∶1500;然后加入1.2wt%的La(NO3)3,待完全溶解后再加入与白色沉淀B质量比为25∶1的双氧水溶液(所述双氧水溶液为质量百分比浓度为30%的工业双氧水与去离子水按照体积比为1∶4配置而成);室温下放置10h,得到溶液;
(5)将步骤(4)所得溶液置于反应釜中,密闭搅拌加热10h,加热温度为90℃,获得纳米二氧化钛溶胶;
(6)将步骤(5)所得纳米二氧化钛溶胶冷却至室温,加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.8%的三聚磷酸钠;
(7)加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.2%玫瑰香精和占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.5%增溶剂十二烷基苯磺酸钠后经搅拌充分,获得了玫瑰香型纳米TiO2乳液。
观察所得玫瑰香型纳米TiO2乳液的外观,测定乳液中粒子粒径的,检测所得玫瑰香型纳米TiO2乳液对苯、甲醛等有毒物质的降解率,结果如表1所示。
表1 实施例1-3所得纳米TiO2乳液产品的性能测定
实施例4
(1)将10g四氯化钛加入到12.5kg去离子水中,所述去离子水的电导率为6μS·cm-2,用搅拌机以600转/分钟的转速搅拌1h,搅拌分散均匀后用质量百分比浓度为25%的碳酸氢铵溶液调节pH至7,得到白色浆体35g;
(2)将步骤(1)所得白色浆体经离心分离后获得固体浆料14g,然后将固体浆料重新分散于16.8kg去离子水中,用搅拌机以1000转/分钟的转速搅拌1h,搅拌分散均匀后再离心分离,得到白色沉淀A;
(3)将步骤(2)所得白色沉淀A加入到甲酸溶液中,经过充分分散搅拌后,得到分散液;将分散液离心分离,获得白色沉淀B;所述甲酸溶液的用量占分散液质量的1%;
(4)将步骤(3)所得白色沉淀B先加入去离子水中,所述白色沉淀B与去离子水的质量比为1∶1500;然后加入5wt%的La(NO3)3,待完全溶解后再加入与白色沉淀B质量比为22∶1的双氧水溶液(所述双氧水溶液为质量再加入与白色沉淀B质量比为22∶1的双氧水溶液(所述双氧水溶液为质量百分比浓度为20%的工业双氧水与去离子水按照体积比为1∶5配置而成);室温下放置6h,得到溶液;
(5)将步骤(4)所得溶液置于反应釜中,密闭搅拌加热6h,加热温度为100℃,获得纳米二氧化钛溶胶;
(6)将步骤(5)所得纳米二氧化钛溶胶冷却至室温,加入分别占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.5%和0.5%的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠;
(7)加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.5%茉莉香精和占纳米光二氧化钛溶胶质量百分数0.1%增溶剂十二烷基苯磺酸钠后经搅拌充分,获得了茉莉香型纳米TiO2乳液。
实施例5
(1)将10g硫酸氧钛加入到13.5kg去离子水中,所述去离子水的电导率为2μS·cm-2,用搅拌机以600转/分钟的转速搅拌1h,搅拌分散均匀后用质量百分比浓度为25%的碳酸氢铵溶液调节pH至6.5,得到白色浆体30g;
(2)将步骤(1)所得白色浆体经离心分离后获得固体浆料15g,然后将固体浆料重新分散于18kg去离子水中,用搅拌机以500转/分钟的转速搅拌1h,搅拌分散均匀后再离心分离,得到白色沉淀A;
(3)将步骤(2)所得白色沉淀A加入到酒石酸溶液中,经过充分分散搅拌后,得到分散液;将分散液离心分离,获得白色沉淀B;所述酒石酸溶液的用量占分散液质量的3%;
(4)将步骤(3)所得白色沉淀B先加入去离子水中,所述白色沉淀B与去离子水的质量比为1∶1500;然后加入1.5wt%的La(NO3)3,待完全溶解后再加入与白色沉淀B质量比为32∶1的双氧水溶液(所述双氧水溶液为质量百分比浓度为35%的工业双氧水与去离子水按照体积比为1∶5配置而成);室温下放置7h,得到溶液;
(5)将步骤(4)所得溶液置于反应釜中,密闭搅拌加热6h,加热温度为100℃,获得纳米二氧化钛溶胶;
(6)将步骤(5)所得纳米二氧化钛溶胶冷却至室温,加入分别占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.2%和0.4%的磷酸钠和三聚磷酸钠;
(7)加入占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.5%薰衣草香精和占纳米二氧化钛溶胶质量百分数0.1%增溶剂十二烷基苯磺酸钠后经搅拌充分,获得了薰衣草香型纳米TiO2乳液。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。