CN102071568A - 一种光触媒自清洁整理剂及其制备和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光触媒自清洁整理剂，为由以下摩尔份数的原料制成的溶胶：钛醇盐∶硅醇盐∶金属盐＝(1～10)×103∶(1～10)∶(1～10)×10-(1～10)。所述光触媒自清洁整理剂中具有含金属、钛和硅的纳米微球。本发明还提供了该光触媒自清洁整理剂的制备和应用方法，以及用该光触媒自清洁整理剂处理形成的光触媒自清洁物品，以及所述光触媒自清洁物品的处理方法。本发明所制备的光触媒自清洁整理剂分散性好，其中掺杂金属的含硅和钛的纳米微粒具有很好的亲水性，且直径小于30nm。使用该光触媒自清洁整理剂处理过的物品，能够在可见光、空气及水份等环境条件下，通过掺杂金属的含硅和钛的纳米微粒的光触媒作用，能有效地对污渍进行自清洁处理。
Description
技术领域
本发明涉及自清洁领域，更具体地说，涉及一种光触媒自清洁整理剂及其制备和应用方法。
背景技术
随着人们对保护环境和节约能源的认识的提高以及人们生活水平的提高，对材料的性能提出了新的要求，从而展开了包括具有三防功能(即防水、防油及防尘)织物在内的有关材料自清洁技术的研究。在现有自清洁材料的相关专利文献中，大多都指出自清洁材料中需要用到二氧化钛。
1972年Fujishima和Honda发现了光促条件下TiO2电极上的水裂解，二氧化钛的自清洁特性就被广泛研究。自从我们小组的纺织科学家们发明了一种在棉布服装上覆盖一层二氧化钛微粒的有效途径后，自清洁服装也许正离我们越来越近。所述纳米微粒是用于帮助分解碳基分子的催化剂，而这个反应的发生仅需要阳光来触发。
大部分自清洁产品的复合物均以二氧化钛为主要原料。二氧化钛是一种白色或者黄色粉末，不溶于水，也不溶于稀酸。二氧化钛具有三种晶型：锐钛矿型、金红石型、板钛矿型。板钛矿型不稳定，目前为止没有工业用途；金红石型和锐钛矿型都属于四方晶系，但因晶型不同，所以有不同的晶体习性。金红石型是细长的成对的孪生晶体，每个金红石晶胞含有2个二氧化钛分子，以两个棱边相连。
而锐钛矿型则以八面体的形式出现，氧位于八面体的顶角，每个锐钛晶胞含有四个二氧化钛分子，以八个棱边相连。锐钛矿型在高温下(700度以上)，能够转变成金红石型，同时释放出7.5×7.1868KJ/mol的能量。这个转化过程除了受温度影响之外，还受到一些加速或抑制晶型转化的促进剂或抑制剂的影响，转化是不可逆转的。
纳米二氧化钛光催化剂具有化学性质稳定、耐氧化、安全无毒等优点。在紫外光照射下，可产生自由电子——空穴对，与吸附在二氧化钛表面的氧和水反应，产生活性氧及自由基。这些活性氧及自由基有很强的氧化分解能力，可将有机物氧化分解为二氧化碳和水，将大气污染物NOX、SOX、NH3和H2S等氧化为无害物质，也能穿透吸附于TiO2表面的、霉菌等微生物的细胞壁，从而有效的杀灭细菌，进而实现去污、消毒的效果。
在锐钛矿形式下，二氧化钛是一种有着大能带隙的半导体，在合适的波长的光的激发下，二氧化钛表面的光子能产生激发。价电子带地空洞可以与吸附在表面的水或氢氧根离子发生反应，传导带上的电子可以与氧气生成O2-和其它氧类反应活性基团。O2-和OH-对于污渍、环境污染物、有害的微生物具有很强的反应性。二氧化钛的厌水特性导致其难于分散在溶胶中，这就导致去污效果的降低。由于二氧化钛的一些特性，如低电子效率、厌水性、高键能，以它作为可见光自清洁纺织品的高效光触媒依然有些难度。对于这些固有的缺陷，可能的方法包括将二氧化钛与无机物或金属掺杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有自清洁整理剂的上述由于二氧化钛的厌水特性使其分散性不够稳定，导致去污效果不佳的缺陷，提供一种将掺杂金属的含硅和钛的纳米复合物的光触媒自清洁整理剂及其制备和应用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过钛醇盐、硅醇盐、金属盐以基本原料制备一种纳米溶胶，并通过紫外光照射，形成光触媒自清洁整理剂，其包含同时含有金属、钛和硅的纳米微球。
本发明提供了一种光触媒自清洁整理剂，所述光触媒自清洁整理剂为由以下摩尔份数的原料制成的含纳米微粒的溶胶：
钛醇盐 (1～10)×103
硅醇盐 1～10
金属盐 (1～10)×10-(1～10)。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂中，所述钛醇盐为四异丙醇钛、四丙醇钛、四乙醇钛或2-乙基-1-己醇钛。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂中，所述硅醇盐为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四异丙氧基硅烷。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂中，所述金属盐中的金属离子为以下一组金属离子中的一种或多种的混合：金、银、铜、铁、铝和铂。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂中，所述光触媒自清洁整理剂的原料还包括有机溶剂、酸和水。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂中，所述光触媒自清洁整理剂中的纳米微粒至少有一个方向的尺寸小于30nm。
本发明还提供了一种光触媒自清洁整理剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：使用钛醇盐、硅醇盐、金属盐制备预溶液；
S2：将所述预溶液在紫外线下照射得到所述光触媒自清洁整理剂。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法中，所述步骤S1包括：
S11A：将钛醇盐溶于有机溶剂，在室温下pH值为1-2时进行搅拌得含TiO2的溶液；
S12A：将预定含量的金属盐和硅醇盐溶液，在55-65℃温度并强力搅拌下缓慢滴入所述含TiO2的溶液中得预溶液。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法中，所述步骤S11A包括：将四异丙醇钛溶于乙醇，用酸调节pH值到1-2，在室温下搅拌得含TiO2的溶液。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法中，所述步骤S12A包括：将AuCl3.HCl.4H2O溶液，与四乙基邻硅酸盐溶液，在60℃并强力搅拌下逐滴滴入所述含TiO2的溶液中得预溶液。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法的另一个实例中，所述步骤S1包括：
S11B：将钛醇盐溶液和金属盐溶液混合，在pH值为1-2，75-85℃温度下搅拌1-2小时，再将温度调节到55-65℃搅拌14-16小时；
S12B：将硅醇盐溶液缓慢地加入上述溶液中，搅拌30-40分钟得预溶液。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法的另一个实例中，所述步骤S11B包括：将四异丙醇钛和AuCl3·HCl·4H2O水溶液在pH值为1-2，80℃温度下搅拌1小时，再将温度调节到60℃搅拌15小时。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法的另一个实例中，所述步骤S11B包括：将四乙基邻硅酸盐溶液缓慢地加入步骤S11B制得的溶液中，搅拌30分钟得预溶液。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法的另一个实例中，所述步骤S2包括：将所述预溶液在紫外线强度为1.0-1.4mW/cm2下照射10-20分钟得所述光触媒自清洁整理剂。
在本发明所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法的中，所述步骤S2包括：将所述预溶液在紫外线强度为1.2mW/cm2下照射10分钟得所述光触媒自清洁整理剂。
本发明还提供了一种光触媒自清洁整理剂的应用方法，将上述的光触媒自清洁整理剂，通过浸渍-干燥-固化、浸渍-轧染-烘干、轧染-干燥-烘干、浸渍-烘干、喷涂-烘干、浸渍-轧染-干燥-烘干中的一种或者多种程序组合对物品进行处理。
本发明还提供了一种光触媒自清洁物品，所述光触媒自清洁物品为物品经过上述的光触媒自清洁整理剂的应用方法制备而成。
在本发明所述的光触媒自清洁物品中，所述物品为金属、非金属或纺织品；所述金属包括刚、铝、铜；所述非金属包括陶瓷、玻璃、云母、纸张、蓝宝石、硅。
在本发明所述的光触媒自清洁物品中，所述纺织品为纤维、纱线、织物或服装。
在本发明所述的光触媒自清洁物品中，所述纺织品为植物性纺织品、动物性纺织品、人造纺织品或矿物性纺织品；其中，所述植物性纺织品为棉、亚麻、黄麻、大麻或莫代尔制成的纺织品；所述动物性纺织品为羊毛、丝绸或皮革制成的纺织品；所述人造纺织品为涤纶，芳纶，腈纶，锦纶，氨纶，烯烃纤维制成的纺织品；所述矿物学纺织品为石棉、玄武岩纤维或玻璃纤维制成的纺织品。
本发明还提供了一种光触媒自清洁物品的处理方法，将沾有污渍的上述的光触媒自清洁物品，在水蒸气或水的环境中，曝露在可见光下，使得所述光触媒自清洁物品附着的光触媒自清洁整理剂中的纳米微粒作为光触媒，用于促使自由基或分子快速反应，启动所述污渍降解，从而实现自清洁处理。
在本发明所述的光触媒自清洁物品的处理方法中，所述可见光波长为380nm～780nm的光，所述可见光为阳光、室内光线、紫外线、人造光源或者上述任意光线混合形成的光。
在本发明所述光触媒自清洁物品的处理方法中，所述污渍为红葡萄酒、咖啡、辣椒、番茄、葡萄、草莓、蓝莓、西瓜或咖喱在光触媒自清洁物品上所留下的污渍。
实施本发明的光触媒自清洁整理剂及其制备和应用方法，具有以下有益效果：所制备的光触媒自清洁整理剂分散性好，其中掺杂金属的含硅和钛的纳米微粒具有很好的亲水性，且直径小于30nm。使用该光触媒自清洁整理剂处理过的物品，能够在可见光、空气及水份等环境条件下，通过掺杂金属的含硅和钛的纳米微粒的光触媒作用，能有效地对污渍进行自清洁处理。
具体实施方式
为了改善由于二氧化钛的厌水性，本发明合成了一种光触媒自清洁整理剂，其在常规含钛和硅的整理剂中掺杂了金属，制成了纳米微球，并形成了溶胶状。
本发明所提供的光触媒自清洁整理剂，为由以下摩尔份数的原料制成的含纳米微粒的溶胶：
钛醇盐∶硅醇盐∶金属盐＝(1～10)×103∶(1～10)∶(1～10)×10-(1～10)。
其中，所述钛醇盐为四异丙醇钛、四丙醇钛、四乙醇钛或2-乙基-1-己醇钛等，并优选四异丙醇钛；所述硅醇盐为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四异丙氧基硅烷等，并优选四乙基邻硅酸盐；所述金属盐中的金属离子为以下一组金属离子中的一种或多种的混合：金、银、铜、铁、铝和铂。
更进一步地，所述光触媒自清洁整理剂的原料还包括有机溶剂、酸和水。
在本发明制得的光触媒自清洁整理剂中，所述光触媒自清洁整理剂中的纳米微粒至少有一个方向的尺寸小于30nm。
本发明还提供了一种光触媒自清洁整理剂的制备方法，包括以下步骤：
在步骤S1中，使用钛醇盐、硅醇盐、金属盐制备预溶液；
在步骤S2中，将所述预溶液在紫外线下照射得到所述光触媒自清洁整理剂。
值得一提的是，本发明的步骤S1中将钛醇盐、硅醇盐、金属盐制备成预溶液的方法有两种。在一个实施例中，所述步骤S1包括：
在步骤S11A中，将钛醇盐溶于有机溶剂，在室温下pH值为1-2时进行搅拌得含TiO2的溶液；
在步骤S12A中，将预定含量的金属盐和硅醇盐溶液，在55-65℃温度并强力搅拌下缓慢滴入所述含TiO2的溶液中得预溶液。
在另一个实施例中，所述步骤S1包括：
在步骤S11B中，将钛醇盐溶液和金属盐溶液混合，在pH值为1-2，75-85℃温度下搅拌1-2小时，再将温度调节到55-65℃搅拌14-16小时；
在步骤S12B中，将硅醇盐溶液缓慢地加入上述溶液中，搅拌30-40分钟得预溶液。
而本发明所提供的光触媒自清洁整理剂的制备方法，所述步骤S2可以通过以下方法实施：将所述预溶液在紫外线强度为1.0-1.4mW/cm2下照射10-20分钟得所述光触媒自清洁整理剂。
优选的，所述步骤S2包括：将所述预溶液在紫外线强度为1.2mW/cm2下照射10分钟得所述光触媒自清洁整理剂。可以采用德国制造商亚太拉斯气冷氙灯日晒环境老化仪来产生紫外线(型号为air cooled Xeno arc lamp，irradiance 4.5-9.5mW·cm-2.Xenotest Alpha LM，Heraeus Industrietechnik，Hanau，Germany)。
本发明还提供了一种光触媒自清洁整理剂的应用方法，将上述的光触媒自清洁整理剂，通过浸渍-干燥-固化、浸渍-轧染-烘干、轧染-干燥-烘干、浸渍-烘干、喷涂-烘干、浸渍-轧染-干燥-烘干中的一种或者多种程序组合对物品进行处理。
此外，通过本发明，还可获得一种光触媒自清洁物品，所述光触媒自清洁物品为物品经过上述的光触媒自清洁整理剂的应用方法制备而成。
在本发明所提供的光触媒自清洁物品的实施例中，所述物品可以为金属、非金属或纺织品；所述金属包括刚、铝、铜等；所述非金属包括陶瓷、玻璃、云母、纸张、蓝宝石、硅等。
在本发明所提供的光触媒自清洁物品的实施例中，一方面，所述纺织品为纤维、纱线、织物或服装。另一方面，所述纺织品为植物性纺织品、动物性纺织品、人造纺织品或矿物性纺织品。其中，所述植物性纺织品为棉、亚麻、黄麻、大麻或莫代尔等制成的纺织品；所述动物性纺织品为羊毛、丝绸或皮革等制成的纺织品；所述人造纺织品为涤纶，芳纶，腈纶，锦纶，氨纶，烯烃纤维等制成的纺织品；所述矿物学纺织品为石棉、玄武岩纤维或玻璃纤维等制成的纺织品。
相应地，本发明还提供了一种光触媒自清洁物品的处理方法，将沾有污渍的上述的光触媒自清洁物品，在水蒸气或水的环境中，曝露在可见光下，使得所述光触媒自清洁物品附着的光触媒自清洁整理剂中的纳米微粒作为光触媒，用于促使自由基或分子快速反应，启动所述污渍降解，从而实现自清洁处理。
在上述的光触媒自清洁物品的处理方法，所述可见光波长为380nm～780nm的光，所述可见光为阳光、室内光线、紫外线、人造光源或者上述任意光线混合形成的光。
本发明的光触媒自清洁整理剂可以去除的污渍非常多样，如红葡萄酒、咖啡、辣椒、番茄、葡萄、草莓、蓝莓、西瓜或咖喱在光触媒自清洁物品上所留下的痕迹。
可使用以下方法对采用本发明的光触媒自清洁整理剂处理过的物品(基底)进行检测。采用粉体X射线衍射表征结构。形态学表征采用冷场发射扫描式电子显微镜。晶格间距采用高分辨率透射电镜表征。UPF根据澳大利亚/新西兰标准4399：1996，通过一台Varian Cary 300紫外分光光度计表征。洗涤牢固度参考AATCC的技术手册来评估。洗涤是参考AATCC测试方法61-1996test No.2A，在一个1.2升的不锈钢罐中49度下进行的。然后，将基底经过彻底漂洗，并在进一步研究之前在室温下进行干燥。在此，通过德国制造商亚太拉斯气冷氙灯日晒环境老化仪(air cooled Xeno arc lamp，irradiance4.5-9.5mW·cm-2.Xenotest Alpha LM，Heraeus Industrietechnik，Hanau，Germany)进行照射。使用3M PR07UV膜来进行可见光自清洁实验。其中，基底被切成5cm×15cm块状。
以下为本发明的优选实施例。需要说明地是，以下优选实施例中所选取的浓度、摩尔比、温度、时间等数值仅为优选数值，而其范围以权利要求和上述说明书中所定义的范围为准。
实施例1
含Au/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂的制备方法包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)溶于乙醇(Riedel，99.8％)，用酸调节pH值到1，在室温下搅拌10分钟得1wt％的含TiO2的溶液。
2)将0.1ml AuCl3·HCl·4H2O溶液(2.32×10-6mol·L-1国际实验室，美国)，与2ml四乙基邻硅酸盐溶液(TEOS，国际实验室，美国)，在55℃并强力搅拌下逐滴滴入200ml所述含TiO2的溶液中得预溶液。其中，Au/Ti/Si的摩尔比值为2.32×10-5∶1.47∶2.5×103。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.0mW/crm2左右)10分钟得含Au/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Au/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例2
制备含Ag/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)溶于乙醇(Riedel，99.8％)，用酸调节pH值到2，在室温下搅拌20分钟得1wt％的含TiO2的溶液。
2)将0.2ml AgNO3溶液(5×10-6mol·L-1)，与2ml四乙基邻硅酸盐溶液(TEOS，国际实验室，美国)，在65℃并强力搅拌下逐滴滴入200ml所述含TiO2的溶液中得预溶液。其中，Ag/Ti/Si的摩尔比值1×10-4∶1.47∶2.5×103。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.4mW/cm2左右)20分钟得含Ag/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Ag/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例3
制备含Cu/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)溶于乙醇(Riedel，99.8％)，用酸调节pH值到1.5，在室温下搅拌15分钟得1wt％的含TiO2的溶液。
2)将0.5ml Cu(NO3)2溶液(5×10-6mol·L-1)，与2ml四乙基邻硅酸盐溶液(TEOS，国际实验室，美国)，在60℃并强力搅拌下逐滴滴入200ml所述含TiO2的溶液中得预溶液；其中，Cu/Ti/Si的摩尔比值为2.5×10-4∶1.47∶2.5×103。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.3mW/cm2左右)15分钟得含Cu/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Cu/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例4
制备含Fe/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)和0.1ml Fe(NO3)3水溶液(5×10-6mol·L-1，国际实验室，美国)，在pH值为1，75℃温度下搅拌1小时，再将温度调节到55℃搅拌14小时。
2)将四乙基邻硅酸盐(TEOS，国际实验室，美国)溶液缓慢地加入上述制得的溶液中，搅拌30分钟得预溶液；其中，Fe/Ti/Si的摩尔比值为5×10-5∶1.47∶2.5×103。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.2mW/cm2左右)10分钟得含Fe/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Fe/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例5
制备含Al/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)和0.1ml Al(NO3)3水溶液(5×10-6mol·L-1，国际实验室，美国)，在pH值为1，85℃温度下搅拌1小时，再将温度调节到65℃搅拌16小时。
2)将四乙基邻硅酸盐(TEOS，国际实验室，美国)溶液缓慢地加入上述制得的溶液中，搅拌40分钟得预溶液；其中，Al/Ti/Si的摩尔比值为5×100-5∶1.47∶2.5×103。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.4mW/cm2左右)20分钟得含Al/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Al/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例6
制备含Pt/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)和0.5ml H2PtCl6·6H2O水溶液(5×10-6mol·L-1，国际实验室，美国)，在pH值为1.5，80℃温度下搅拌1小时，再将温度调节到60℃搅拌15小时。
2)将四乙基邻硅酸盐(TEOS，国际实验室，美国)溶液缓慢地加入上述制得的溶液中，搅拌35分钟得预溶液；其中，Pt/Ti/Si的摩尔比值为2.5×10-4∶1.47∶2.5×103。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.3mW/cm2左右)15分钟得含Pt/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Pt/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例7
含Au/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂的制备方法包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)溶于乙醇(Riedel，99.8％)，用酸调节pH值到1，在室温下搅拌10分钟得1wt％的含TiO2的溶液。
2)将AuCl3·HCl·4H2O溶液(2.32×10-6mol·L-1国际实验室，美国)，与四乙基邻硅酸盐溶液(TEOS，国际实验室，美国)，在55℃并强力搅拌下逐滴滴入200ml所述含TiO2的溶液中得预溶液。其中，Au/Ti/Si的摩尔比值为1×10-10∶1×103∶10。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.0mW/cm2左右)10分钟得含Au/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Au/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例8
制备含Ag/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)溶于乙醇(Riedel，99.8％)，用酸调节pH值到2，在室温下搅拌20分钟得1wt％的含TiO2的溶液。
2)将AgNO3溶液(5×10-6mol·L-1)，与四乙基邻硅酸盐溶液(TEOS，国际实验室，美国)，在65℃并强力搅拌下逐滴滴入200ml所述含TiO2的溶液中得预溶液。其中，Ag/Ti/Si的摩尔比值10×10-1∶10×103∶10。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.4mW/cm2左右)20分钟得含Ag/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Ag/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例9
制备含Cu/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)溶于乙醇(Riedel，99.8％)，用酸调节pH值到1.5，在室温下搅拌15分钟得1wt％的含TiO2的溶液。
2)将0.5ml Cu(NO3)2溶液(5×10-6mol·L-1)，与2ml四乙基邻硅酸盐溶液(TEOS，国际实验室，美国)，在60℃并强力搅拌下逐滴滴入200ml所述含TiO2的溶液中得预溶液；其中，Cu/Ti/Si的摩尔比值为10×10-1∶10×103∶1。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.3mW/cm2左右)15分钟得含Cu/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Cu/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
实施例10
制备含Fe/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂包括以下步骤：
1)将四异丙醇钛(Aldrich，97％)和0.1ml Fe(NO3)3水溶液(5×10-6mol·L-1，国际实验室，美国)，在pH值为1，75℃温度下搅拌1小时，再将温度调节到55℃搅拌14小时。
2)将四乙基邻硅酸盐(TEOS，国际实验室，美国)溶液缓慢地加入上述制得的溶液中，搅拌30分钟得预溶液；其中，Fe/Ti/Si的摩尔比值为10×10-1∶1×103∶1。
3)把装有制备所得预溶液的烧杯放到一个自制的具有紫外线光源的房间内在常温下UV照射(UV强度在1.2mW/cm2左右)10分钟得含Fe/Ti/Si的纳米微球的光触媒自清洁整理剂。
将上述光触媒自清洁整理剂通过以下方式用于基底的处理：浸渍-轧染-烘干、浸渍-镀膜和喷涂工艺。通过我们的研究，浸渍-轧染-干燥-烘干过程用于形成持久耐用的防护层。将清洁的基底浸入含Fe/Ti/Si纳米微球纳米的整理剂中半分钟，然后在轧点压力为2.75kg/cm2的条件下通过自动浸染机浸染。浸染好的基底在100度的空气中干燥30分钟，最后在一个预熟化炉中120度熟化2分钟，以保证这些微球黏附在基底表面。
Claims (23)
1.一种光触媒自清洁整理剂，其特征在于，所述光触媒自清洁整理剂为由以下摩尔份数的原料制成的含纳米微球的溶胶：
钛醇盐 (1～10)×103
硅醇盐 1～10
金属盐 (1～10)×10-(1～10)。
2.根据权利要求1所述的光触媒自清洁整理剂，其特征在于，所述钛醇盐为四异丙醇钛、四丙醇钛、四乙醇钛或2-乙基-1-己醇钛。
3.根据权利要求1所述的光触媒自清洁整理剂，其特征在于，所述硅醇盐为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四异丙氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的光触媒自清洁整理剂，其特征在于，所述金属盐中的金属离子为以下一组金属离子中的一种或多种的混合：金、银、铜、铁、铝和铂。
5.根据权利要求1所述的光触媒自清洁整理剂，其特征在于，所述光触媒自清洁整理剂的原料还包括有机溶剂、酸和水。
6.根据权利要求1所述的光触媒自清洁整理剂，其特征在于，所述光触媒自清洁整理剂中的纳米微粒至少有一个方向的尺寸小于30nm。
7.一种光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：使用钛醇盐、硅醇盐、金属盐制备预溶液；
S2：将所述预溶液在紫外线下照射得到所述光触媒自清洁整理剂。
8.根据权利要求7所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11A：将钛醇盐溶于有机溶剂，在室温下pH值为1-2时进行搅拌得含TiO2的溶液；
S12A：将预定含量的金属盐和硅醇盐溶液，在55-65℃温度并强力搅拌下缓慢滴入所述含TiO2的溶液中得预溶液。
9.根据权利要求8所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S11A包括：将四异丙醇钛溶于乙醇，用酸调节pH值到1-2，在室温下搅拌得含TiO2的溶液。
10.根据权利要求9所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S12A包括：将AuCl3·HCl·4H2O溶液，与四乙基邻硅酸盐溶液，在60℃并强力搅拌下逐滴滴入所述含TiO2的溶液中得预溶液。
11.根据权利要求7所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11B：将钛醇盐溶液和金属盐溶液混合，在pH值为1-2，75-85℃温度下搅拌1-2小时，再将温度调节到55-65℃搅拌14-16小时；
S12B：将硅醇盐溶液缓慢地加入上述溶液中，搅拌30-40分钟得预溶液。
12.根据权利要求11所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S11B包括：将四异丙醇钛和AuCl3·HCl·4H2O水溶液在pH值为1-2，80℃温度下搅拌1小时，再将温度调节到60℃搅拌15小时。
13.根据权利要求12所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S11B包括：将四乙基邻硅酸盐溶液缓慢地加入步骤S11B制得的溶液中，搅拌30分钟得预溶液。
14.根据权利要求7所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述预溶液在紫外线强度为1.0-1.4mW/cm2下照射10-20分钟得所述光触媒自清洁整理剂。
15.根据权利要求14所述的光触媒自清洁整理剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将所述预溶液在紫外线强度为1.2mW/cm2下照射10分钟得所述光触媒自清洁整理剂。
16.一种光触媒自清洁整理剂的应用方法，其特征在于，将权利要求1-6所述的光触媒自清洁整理剂，通过浸渍-干燥-固化、浸渍-轧染-烘干、轧染-干燥-烘干、浸渍-烘干、喷涂-烘干、浸渍-轧染-干燥-烘干中的一种或者多种程序组合对物品进行处理。
17.一种光触媒自清洁物品，其特征在于，所述光触媒自清洁物品为物品经过权利要求16所述的光触媒自清洁整理剂的应用方法制备而成。
18.根据权利要求17所述的光触媒自清洁物品，其特征在于，所述物品为金属、非金属或纺织品；所述金属包括刚、铝、铜；所述非金属包括陶瓷、玻璃、云母、纸张、蓝宝石、硅。
19.根据权利要求18所述的光触媒自清洁物品，其特征在于，所述纺织品为纤维、纱线、织物或服装。
20.根据权利要求18所述的光触媒自清洁物品，其特征在于，所述纺织品为植物性纺织品、动物性纺织品、人造纺织品或矿物性纺织品；其中，所述植物性纺织品为棉、亚麻、黄麻、大麻或莫代尔制成的纺织品；所述动物性纺织品为羊毛、丝绸或皮革制成的纺织品；所述人造纺织品为涤纶，芳纶，腈纶，锦纶，氨纶，烯烃纤维制成的纺织品；所述矿物学纺织品为石棉、玄武岩纤维或玻璃纤维制成的纺织品。
21.一种光触媒自清洁物品的处理方法，其特征在于，将沾有污渍的权利要求18所述的光触媒自清洁物品，在水蒸气或水的环境中，曝露在可见光下，使得所述光触媒自清洁物品附着的光触媒自清洁整理剂中的纳米微粒作为光触媒，用于促使自由基或分子快速反应，启动所述污渍降解，从而实现自清洁处理。
22.根据权利要求21所述的光触媒自清洁物品的处理方法，其特征在于，所述可见光波长为380nm～780nm的光，所述可见光为阳光、室内光线、紫外线、人造光源或者上述任意光线混合形成的光。
23.根据权利要求21所述的光触媒自清洁物品的处理方法，其特征在于，所述污渍为红葡萄酒、咖啡、辣椒、番茄、葡萄、草莓、蓝莓、西瓜或咖喱在光触媒自清洁物品上所留下的污渍。
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