CN102614940A - 一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法，属于无机材料领域。首先将水800~1000重量份、润湿分散剂0.1~3重量份、增稠分散剂10~100重量份，高速搅拌30min后得到分散液。然后称取可见光响应的纳米二氧化钛粉体按照4~1000重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。将上述混合料放入砂磨机砂磨2~12h后加入有效粘接成膜成分50~300重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用二氧化钛光催化喷涂浆料。采用本发明制备的适合喷涂、附着力优异，并且在可见光下具有良好光催化性能的光催化喷涂浆料，经喷涂负载后可以应用于室内空气净化、抗菌除臭以及污水处理等领域，有助于推进二氧化钛光催化材料的普及应用。

Description

一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法
技术领域
 本发明属于无机材料领域，涉及环保相关领域使用的可见光响应的纳米二氧化钛光催化喷涂浆料的制备方法。
背景技术
TiO2光催化环境净化材料由于可将光能转化为化学能，可以广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、防雾自清洁等领域。但目前绝大多数TiO2环境净化材料只能在紫外光照射下发挥作用，极大地限制了该类材料的光催化效率与应用领域。为了解决TiO2光催化环境净化材料对紫外线依赖的局限性、制备具有高效可见光活性的TiO2环境净化材料、降低生产成本和提高光催化效率是本领域发展的必然趋势。
目前市场上纳米TiO2产品主要是纳米TiO2粉体分散体系，这些体系由于使用了各种高分子的有机分散稳定剂对其进行表面改性，大都稳定性较差且光催化性能相比粉体而言下降严重。最重要的是这些产品基本大都由于只能在紫外光下才能发挥作用而无法在日常生活空间中应用，应用范围十分有限。因此，制备出易于负载的，可见光下具有良好的光催化性能的二氧化钛喷涂浆料成为当前光催化领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合喷涂、附着力优异并且在可见光下具有良好光催化性能的光催化喷涂浆料的制备方法。
发明的光催化喷涂浆料的制备通过以下技术方案实现：
1、         首先将水800~1000重量份、润湿分散剂（二硅酸钠、偏硅酸钠、焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠的一种或几种混合物）0.1~3重量份、增稠分散剂（膨润土、凹凸棒土、蒙脱石、水辉石、海泡石中的一种或几种混合物）10~100重量份，高速搅拌30min后得到分散液。
2、         称取可见光响应的纳米二氧化钛粉体（氮掺杂纳米二氧化钛粉体、铁掺杂纳米二氧化钛粉体、铁氮共掺杂纳米二氧化钛粉体、铬掺杂纳米二氧化钛粉体、钨掺杂纳米二氧化钛粉体、铬氮共掺杂纳米二氧化钛粉体中的一种或几种）按照4~1000重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。
3、         将上述混合料放入砂磨机砂磨2~12h后加入有效粘接成膜成分（三氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶、二氧化钛溶胶、三氧化钨溶胶和氧化锌溶胶中的一种或几种混合物）50~300重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用二氧化钛光催化喷涂浆料。
本发明克服现有技术不足，基于自主开发的高分散性能的，具有良好可见光响应能力的各种掺杂纳米二氧化钛粉体，通过选用无机分散剂和无机成膜粘接成分，既克服了有机物表面包覆对光催化性能的影响又通过引入其他无机氧化物进行复合改性，从而进一步提高了喷涂浆料的可见光光催化性能，经过优化喷剂配方开发出了便于负载的，可见光下具有良好的光催化性能的二氧化钛喷涂浆料。
本发明中涉及可见光响应的氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛，其具体制备工艺记载在中国专利申请《一种氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛的制备方法》中，该专利授权号：ZL200510011665.3，授权日期：2007年6月20日，申请人北京科技大学，以下简称为专利1。
本发明中涉及可见光响应的其他掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛，其具体制备工艺记载在申请人所发表的其他参考文献中[1-3]。
[1]曲晓光，宋云婷，刘青，曹文斌，Cr掺杂纳米TiO2的制备及其可见光催化性能，材料研究学报，Vol.24, No.2, June 2010, pp144-14.
[2] Wen-Xiu LIU, Jing MA, Xiao-Guang QU, and Wen-Bin CAO, Hydrothermal Synthesis of (Fe, N) co-doped TiO2 Powders and Their Photocatalytic Properties under Visible Light Irradiation, Journal of Research on Chemical Intermediates, 2009(35)321-328
[3] Yun-Ting SONG, Wei-Na SHAO, Wen-Bin CAO., Preparation of Nanocrystalline W-doped TiO2 Powders and Their Photocatalytic Properties under Visible Light Irradiation. Materials Science Forum, 695(2011): 489-492.
采用本发明制备的适合喷涂、附着力优异,并且在可见光下具有良好光催化性能的光催化喷涂浆料，经喷涂负载后可以应用于室内空气净化、抗菌除臭以及污水处理等领域，有助于推进二氧化钛光催化材料的普及应用。
附图说明
附图1所示为：实施例6所制备浆料的TEM图谱，由图中可以看到，粉体由结晶良好的粒径在20nm的氮掺杂纳米二氧化钛颗粒组成，颗粒边缘存在少量结晶较差的纳米二氧化钛溶胶，这些溶胶可以起到粘接和成膜的作用，将大颗粒有效连接起来，从而保证其有利于电子传输。
附图2所示为：实施例2所制备浆料喷涂制备薄膜的低倍FESEM图谱，由图中可见薄膜整体分布均匀。
附图3所示为：实施例3所制备喷涂浆料在可见光条件下对甲醛的降解效果图，由图中可以看到，可见光下该喷涂浆料成膜后对初始浓度1.05mg/m3甲醛的降解率达到80%。
附图4所示为：实施例6所用制备浆料在存放不同时间后喷涂浆料制备薄膜在可见光下的抗菌效果图，由图中见存放时间对喷涂浆料的抗菌性能影响较小。
具体实施方式
实施例1：
首先将水800重量份、润湿分散剂二硅酸钠0.1重量份、增稠分散剂膨润土10重量份，高速搅拌30min后得到分散液，然后称取铬氮共掺杂纳米二氧化钛粉体按照4重量份的比例，高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。将上述混合料放入砂磨机砂磨2h后加入有效粘接成膜成分三氧化铝溶胶50重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用可见光响应纳米二氧化钛光催化喷涂浆料。
实施例2：
首先将水1000重量份、润湿分散剂六偏磷酸钠1重量份、增稠分散剂海泡石30重量份，高速搅拌30min后得到分散液。称取可见光响应的铁氮共掺杂纳米二氧化钛粉体按照300重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。将上述混合料放入砂磨机砂磨12h后加入有效粘接成膜成分二氧化硅溶胶200重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用可见光响应纳米二氧化钛光催化喷涂浆料。
实施例3： 
首先将水900重量份、润湿分散剂（二硅酸钠：磷酸三钠=1：1）3重量份、增稠分散剂（膨润土：:水辉石=1：2）60重量份，高速搅拌30min后得到分散液。称取可见光响应的铬掺杂纳米二氧化钛粉体按照1000重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。将上述混合料放入砂磨机砂磨12h后加入有效粘接成膜成分（三氧化铝溶胶：二氧化钛溶胶=1：1）300重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用可见光响应纳米二氧化钛光催化喷涂浆料。
实施例4： 
首先将水1000重量份、润湿分散剂磷酸三钠0.5重量份、增稠分散剂蒙脱石60重量份，高速搅拌30min后得到分散液。称取可见光响应的钨掺杂纳米二氧化钛粉体按照500重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。将上述混合料放入砂磨机砂磨6h后加入有效粘接成膜成分氧化锌溶胶300重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用可见光响应纳米二氧化钛光催化喷涂浆料。
实施例5： 
首先将水1000重量份、润湿分散剂六偏磷酸钠0.5重量份、增稠分散剂凹凸棒土60重量份，高速搅拌30min后得到分散液。称取可见光响应的混合粉体（钨掺杂纳米二氧化钛粉体：钨掺杂纳米二氧化钛粉体=1：1），按照800重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。将上述混合料放入砂磨机砂磨3h后加入有效粘接成膜成分氧化钨溶胶200重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用可见光响应纳米二氧化钛光催化喷涂浆料。
实施例6：
首先将水900重量份、润湿分散剂六偏磷酸钠1重量份、增稠分散剂海泡石30重量份，高速搅拌30min后得到分散液。称取可见光响应的氮掺杂纳米二氧化钛粉体按照300重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均与的分散液中得到混合料。将上述混合料放入砂磨机砂磨8h后加入有效粘接成膜成分二氧化钛溶胶300重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用可见光响应纳米二氧化钛光催化喷涂浆料。

Claims (5)

1.一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先称取可见光响应的纳米二氧化钛粉体按照4~1000重量份的比例高速搅拌的条件下分散于一定量预先搅拌均匀的分散液中，分散液组成为：水800~1000重量份、润湿分散剂0.1~3重量份、增稠分散剂10~100重量份，然后将上述混合料放入砂磨机砂磨2~12h后加入有效粘接成膜成分50~300重量份，继续砂磨30min后进行脱泡搅拌1h后即得到喷涂用二氧化钛光催化喷涂浆料。
2.如权利要求1所述的一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法，其特征在于：其中可见光响应的纳米二氧化钛粉体为水热法制备的具有可见光响应的氮掺杂纳米二氧化钛粉体、铁掺杂纳米二氧化钛粉体、铁氮共掺杂纳米二氧化钛粉体、铬掺杂纳米二氧化钛粉体、钨掺杂纳米二氧化钛粉体、铬氮共掺杂纳米二氧化钛粉体中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法，其特征在于：其中分散剂为二硅酸钠、偏硅酸钠、焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠的一种或几种混合物。
4.如权利要求1所述的一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法，其特征在于：其中增稠分散剂为膨润土、凹凸棒土、蒙脱石、水辉石、海泡石中的一种或几种混合物。
5.如权利要求1所述的一种可见光响应水性光催化喷涂浆料的制备方法，其特征在于：其中有效粘接成分为三氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶、二氧化钛溶胶、三氧化钨溶胶和二氧化锌溶胶中的一种或几种混合物。
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