CN103275543A - 一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法，以天然微孔结构非金属矿物为原料，采用擦洗、酸浸、煅烧等方法对矿物进行提纯，以提纯的微孔非金属矿物为载体，以无机钛盐为前驱体，采用低温中和水解沉淀法制备纳米二氧化钛复合光催化材料，以所制备的纳米二氧化钛复合光催化材料为填料，制备出可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料。该方法所制备出的涂料，不含挥发性有机化合物、甲醛、甲苯等有害物质，且可有效降解甲醛及甲苯气体，对甲醛的降解率可达80%以上，对甲苯的降解率可达35%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机化工与光催化材料的制备方法，具体说是一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法。
背景技术
室内甲醛、甲苯污染是室内污染中危害较大的污染，严重危害人们的身体健康。由于目前的科技手段和材料所限，短期内还无法从源头上去除甲醛及甲苯的危害，因此，有效去除居室和办公室内的甲醛、甲苯污染，对保护人类健康至关重要。
目前,国内外甲醛及甲苯气体的治理方法主要有物理吸附法、化学反应法、催化氧化法、生物法、复合法和冷等离子体法。物理吸附法存在吸附平衡的问题，研究人员往往将物理吸附法与化学反应法相结合，以化学反应为主,物理吸附为辅, 这样可达到较好的效果。虽然化学反应法能迅速去除空气中的甲醛及甲苯，但该方法需要消耗大量化学试剂, 成本高，且有些方法所使用的试剂有一定的毒性。此外化学反应法还存在反应饱和后载体不易回收、材料浪费量大等问题。热催化氧化法不需要消耗化学试剂，也没有反应饱和的问题，但往往需要较高的温度, 不适宜在室内使用。光催化法与冷等离子体法是近些年来出现的分解甲醛及甲苯的新方法，冷等离子体法与光催化法相比分解时间短，处理能力大，分解效率高，但消耗能量较大（5～20Wm-2），且单纯使用该技术存在产生大量氮氧化物和多种自由基气体等新污染物的缺点。光催化技术具有在室温下可以使用、能耗低、无二次污染等优点，被认为是有较大应用前景的空气净化技术，但是存在着催化剂分散性差、难以回收、生产成本高等问题。
发明内容
本发明针对上述问题的不足提供一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法，该方法以光催化材料为填料，所制备的涂料可有效降解甲醛及甲苯气体，具有较好的环保功能。
一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤一、制备载体
（1）取中位径小于10微米的天然微孔结构非金属原矿矿物粉体1份、水10份和六偏磷酸钠0.005份放入分散罐中，以2000r/min的转速搅拌30分钟，静止10分钟后，取上部的分散液进行过滤，过滤后的固体物质，即为滤饼；
（2）按质量固液比1: 3.5，将上述步骤（1）中所得滤饼和体积浓度为30%的硫酸溶液加入提纯罐中，搅拌40分钟，得到悬浮液；
（3）将所得悬浮液进行过滤洗涤，洗涤至无硫酸根离子，水分为50%，所得固体物质称为提纯滤饼，即是载体，备用；
步骤二、制备纳米二氧化钛复合光催化材料
（1）按质量固液比为1: 25，将上述步骤一所制备的载体和水加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌5分钟后，加入体积浓度为30%的硫酸溶液调整混合溶液的PH值为1~3；然后以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为3mol/L的硫酸钛水溶液或浓度为3mol/L的硫酸氧钛水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.05%；继续以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为200g/L的硫酸铵水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.03%；再以500r/min的转速搅拌15分钟后加入质量浓度为10%的氨水调整混合液PH值为4.5，接着保温（保速搅拌）40分钟后得到混合物；
（2）将上述步骤（1）所制得的混合物进行过滤脱水，反复洗涤至无硫酸根离子，得到固体物质，将所得固体物质在105℃下干燥4小时至粉末状；
（3）将上述步骤（2）所得粉末状固体物质在650℃~700℃下煅烧4小时，出炉冷却后即得到纳米二氧化钛复合光催化材料；
步骤三、制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料：
（1）按质量份数比，将去离子水30份、高岭土10份、轻质碳酸钙10份、滑石粉10份、分散剂1份、消泡剂0.2份和成膜助剂0.5份依次加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌10min后得到混合物；
（2）向上述步骤（1）反应釜中的混合物缓慢加入上述步骤二所制备的纳米二氧化钛复合光催化剂5份，在2000r/min的转速下搅拌分散30分钟，得到水性胶体；
（3）在反应釜中，以500r/min的转速搅拌上述步骤（2）所制备的水性胶体，同时加入颜填料20份，再以2000r/min的转速搅拌30分钟使之充分分散后，转为转速500r/min进行搅拌，同时加入成膜助剂0.5份，搅拌至混合均匀后，用中和剂调节PH值为8.5；然后加入1份的增稠剂和1份的流平剂，搅拌至混合均匀后静置1小时，得到一种粉末状物质，即为本发明可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料，密封保存。
有益效果
一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法，以天然微孔结构非金属矿物为原料，采用擦洗、酸浸、煅烧等方法对矿物进行提纯，以提纯的微孔非金属矿物为载体，以无机钛盐为前驱体，采用低温中和水解沉淀法制备纳米二氧化钛复合光催化材料，以所制备的纳米二氧化钛复合光催化材料为填料，制备出可有效降解甲醛及甲苯气体的环保功能涂料。
本发明方法所制备的可有效降解甲醛及甲苯气体的水性涂料与一般的环保涂料不同的是，一般的环保涂料自身的有害物质、VOC(挥发性有机化合物)、甲醛、甲苯等含量符合国家标准，但它们只能做到自身无害，对于室内空气污染却无能为力。本发明可有效降解甲醛及甲苯气体的水性涂料，不但本身无害，更能主动去除空气中的有害物质，净化空气。
本发明所制备的可有效降解甲醛及甲苯气体的环保功能涂料为粉体，粉体粒度中位径小于40微米；加入不同的颜填料可制成不同颜色的水性涂料，该水性涂料不但稳定性好（耐酸碱、耐擦洗），而且具有很好的环保功能，检测结果表明，该涂料对甲醛的降解率可达80%以上，对甲苯的降解率可达35%以上。
21世纪人类面临的最大任务是解决环境和能源问题，本发明就是要适时研究开发一种经济、简便、有效的环保材料，这无论是对于解决日益严重的人类居住环境空气污染问题，还是从充分利用太阳能、开发使用矿产资源的角度都有着十分重要的意义。
具体实施方式
一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法，具体操作步骤如下：
步骤一、制备载体
（1）取中位径小于10微米的天然微孔结构非金属原矿矿物粉体1份、水10份和六偏磷酸钠0.005份放入分散罐中，以2000r/min的转速搅拌30分钟，静止10分钟后，取上部的分散液进行过滤，过滤后的固体物质，即为滤饼；
（2）按质量固液比1: 3.5，将上述步骤（1）中所得滤饼和体积浓度为30%的硫酸溶液加入提纯罐中，搅拌40分钟，得到悬浮液；
（3）将所得悬浮液进行过滤洗涤，洗涤至无硫酸根离子，水分为50%，所得固体物质称为提纯滤饼，即是载体，备用。
步骤二、制备纳米二氧化钛复合光催化材料
（1）按质量固液比为1: 25，将上述步骤一所制备的载体和水加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌5分钟后，加入体积浓度为30%的硫酸溶液调整混合溶液的PH值为1~3；然后以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为3mol/L的硫酸钛水溶液或浓度为3mol/L的硫酸氧钛水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.05%；继续以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为200g/L的硫酸铵水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.03%；再以500r/min的转速搅拌15分钟后加入质量浓度为10%的氨水调整混合液PH值为4.5，接着保温（保速搅拌）40分钟后得到混合物；
（2）将上述步骤（1）所制得的混合物进行过滤脱水，反复洗涤至无硫酸根离子，得到固体物质，将所得固体物质在105℃下干燥4小时至粉末状；
（3）将上述步骤（2）所得粉末状固体物质在650℃~700℃下煅烧4小时，出炉冷却后即得到纳米二氧化钛复合光催化材料；
步骤三、制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料：
（1）按质量份数比，将去离子水30份、高岭土10份、轻质碳酸钙10份、滑石粉10份、分散剂1份、消泡剂0.2份和成膜助剂0.5份依次加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌10分钟后得到混合物；
（2）向上述步骤（1）反应釜中的混合物缓慢加入上述步骤二所制备的纳米二氧化钛复合光催化剂5份，在2000r/min的转速下搅拌分散30分钟，得到水性胶体；
（3）在反应釜中，以500r/min的转速搅拌上述步骤（2）所制备的水性胶体，同时加入颜填料20份，再以2000r/min的转速搅拌30分钟使之充分分散后，转为转速500r/min进行搅拌，同时加入成膜助剂0.5份，搅拌至混合均匀后，用中和剂调节PH值为8.5；然后加入1份的增稠剂和1份的流平剂，搅拌至混合均匀后静置1小时，得到一种粉末状物质，即为本发明可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料，密封保存。
以下实施例用来进一步说明本发明可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法，并不对本发明有任何限制。
实施例一
步骤一、制备载体
（1）取中位径小于10微米的天然矿物电气石粉体1份、水10份和六偏磷酸钠0.005份放入分散罐中，以2000r/min的转速搅拌30分钟，静止10分钟后，取上部的分散液进行过滤，过滤后的固体物质，即为滤饼；
（2）按质量固液比1: 3.5，将上述步骤（1）中所得滤饼和体积浓度为30%的硫酸溶液加入提纯罐中，搅拌40分钟，得到悬浮液；
（3）将所得悬浮液进行过滤洗涤，洗涤至无硫酸根离子，水分为50%，所得固体物质称为提纯滤饼，即是载体，备用。
步骤二、制备纳米二氧化钛复合光催化材料
（1）按质量固液比为1: 25，将上述步骤一所制备的载体和水加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌5分钟后，加入体积浓度为30%的硫酸溶液调整混合溶液的PH值为1；然后以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为3mol/L的硫酸钛水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.05%；继续以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为200g/L的硫酸铵水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.03%；再以500r/min的转速搅拌15分钟后加入质量浓度为10%的氨水调整混合液PH值为4.5，接着保温（保速搅拌）40分钟后得到混合物；
（2）将上述步骤（1）所制得的混合物进行过滤脱水，反复洗涤至无硫酸根离子，得到固体物质，将所得固体物质在105℃下干燥4小时至粉末状；
（3）将上述步骤（2）所得粉末状固体物质在650℃下煅烧4小时，出炉冷却后即得到纳米二氧化钛复合光催化材料，备用。
步骤三、制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料：
（1）按质量份数比，将去离子水30份、高岭土10份、轻质碳酸钙10份、滑石粉10份、分散剂1份、消泡剂0.2份和成膜助剂0.5份依次加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌10分钟后得到混合物；
（2）向上述步骤（1）反应釜中的混合物缓慢加入上述步骤二所制备的纳米二氧化钛复合光催化剂5份，在2000r/min的转速下搅拌分散30分钟，得到水性胶体；
（3）在反应釜中，以500r/min的转速搅拌上述步骤（2）所制备的水性胶体，同时加入颜填料20份，再以2000r/min的转速搅拌30分钟使之充分分散后，转为转速500r/min进行搅拌，同时加入成膜助剂0.5份，搅拌至混合均匀后，用中和剂调节PH值为8.5；然后加入1份的增稠剂和1份的流平剂，搅拌至混合均匀后静置1小时，得到乳白色粉体，即为本发明可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料，密封保存。
经试验检测，结果显示本发明该水性涂料稳定性好，可耐酸碱、耐擦洗，并且具有有很好的环保功能，在中国建筑材料研究院环境监测站检测结果表明，该涂料对甲醛的降解率为81.31%，对甲苯的降解率为36%。
实施例二
步骤一、制备载体
（1）取中位径小于10微米的天然矿物沸石粉体1份、水10份和六偏磷酸钠0.005份放入分散罐中，以2000r/min的转速搅拌30分钟，静止10分钟后，取上部的分散液进行过滤，过滤后的固体物质，即为滤饼；
（2）按质量固液比1: 3.5，将上述步骤（1）中所得滤饼和体积浓度为30%的硫酸溶液加入提纯罐中，搅拌40分钟，得到悬浮液；
（3）将所得悬浮液进行过滤洗涤，洗涤至无硫酸根离子、水分为50%，所得固体物质称为提纯滤饼，即是载体，备用。
步骤二、制备纳米二氧化钛复合光催化材料
（1）按质量固液比为1: 25，将上述步骤一所制备的载体和水加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌5分钟后，加入体积浓度为30%的硫酸溶液调整混合溶液的PH值为2；然后以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为3mol/L的硫酸氧钛水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.05%；继续以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为200g/L的硫酸铵水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.03%；再以500r/min的转速搅拌15分钟后加入质量浓度为10%的氨水调整混合液PH值为4.5，接着保温（保速搅拌）40分钟后得到混合物；
（2）将上述步骤（1）所制得的混合物进行过滤脱水，反复洗涤至无硫酸根离子，得到固体物质，将所得固体物质在105℃下干燥4小时至粉末状；
（3）将上述步骤（2）所得粉末状固体物质在680℃下煅烧4小时，出炉冷却后即得到纳米二氧化钛复合光催化材料，备用。
步骤三、制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料：
（1）按质量份数比，将去离子水30份、高岭土10份、轻质碳酸钙10份、滑石粉10份、分散剂1份、消泡剂0.2份和成膜助剂0.5份依次加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌10分钟后得到混合物；
（2）向上述步骤（1）反应釜中的混合物缓慢加入上述步骤二所制备的纳米二氧化钛复合光催化剂5份，在2000r/min的转速下搅拌分散30分钟，得到水性胶体；
（3）在反应釜中，以500r/min的转速搅拌上述步骤（2）所制备的水性胶体，同时加入颜填料20份，再以2000r/min的转速搅拌30分钟使之充分分散后，转为转速500r/min进行搅拌，同时加入成膜助剂0.5份，搅拌至混合均匀后，用中和剂调节PH值为8.5；然后加入1份的增稠剂和1份的流平剂，搅拌至混合均匀后静置1小时，得到一种粉末状物质，即为本发明可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料，密封保存。
经试验检测，结果显示本发明所制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料稳定性好，可耐酸碱、耐擦洗，并且具有有很好的环保功能，在中国建筑材料研究院环境监测站检测结果表明，该涂料对甲醛的降解率为80.69%，对甲苯的降解率为35.5%。
实施例三
步骤一、制备载体
（1）取中位径小于10微米的天然矿物海泡石粉体1份、水10份和六偏磷酸钠0.005份放入分散罐中，以2000r/min的转速搅拌30分钟，静止10分钟后，取上部的分散液进行过滤，过滤后的固体物质，即为滤饼；
（2）按质量固液比1: 3.5，将上述步骤（1）中所得滤饼和体积浓度为30%的硫酸溶液加入提纯罐中，搅拌40分钟，得到悬浮液；
（3）将所得悬浮液进行过滤洗涤，洗涤至无硫酸根离子，水分为50%，所得固体物质称为提纯滤饼，即是载体，备用。
步骤二、制备纳米二氧化钛复合光催化材料
（1）按质量固液比为1: 25，将上述步骤一所制备的载体和水加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌5分钟后，加入体积浓度为30%的硫酸溶液调整混合溶液的PH值为3；然后以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为3mol/L的硫酸钛水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.05%；继续以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为200g/L的硫酸铵水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.03%；再以500r/min的转速搅拌15分钟后加入质量浓度为10%的氨水调整混合液PH值为4.5，接着保温（保速搅拌）40分钟后得到混合物；
（2）将上述步骤（1）所制得的混合物进行过滤脱水，反复洗涤至无硫酸根离子，得到固体物质，将所得固体物质在105℃下干燥4小时至粉末状；
（3）将上述步骤（2）所得粉末状固体物质在700℃下煅烧4小时，出炉冷却后即得到纳米二氧化钛复合光催化材料，备用。
步骤三、制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料：
（1）按质量份数比，将去离子水30份、高岭土10份、轻质碳酸钙10份、滑石粉10份、分散剂1份、消泡剂0.2份和成膜助剂0.5份依次加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌10分钟后得到混合物；
（2）向上述步骤（1）反应釜中的混合物缓慢加入上述步骤二所制备的纳米二氧化钛复合光催化剂5份，在2000r/min的转速下搅拌分散30分钟，得到水性胶体；
（3）在反应釜中，以500r/min的转速搅拌上述步骤（2）所制备的水性胶体，同时加入颜填料20份，再以2000r/min的转速搅拌30分钟使之充分分散后，转为转速500r/min进行搅拌，同时加入成膜助剂0.5份，搅拌至混合均匀后，用中和剂调节PH值为8.5；然后加入1份的增稠剂和1份的流平剂，搅拌至混合均匀后静置1小时，得到一种粉末状物质，即为本发明可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料，密封保存。
经试验检测，结果显示本发明所制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料稳定性好，可耐酸碱、耐擦洗，并且具有有很好的环保功能，在中国建筑材料研究院环境监测站检测结果表明，该涂料对甲醛的降解率为81.01%，对甲苯的降解率为35.7%。
原料说明：本发明所用原料均可从市场购买得到；本发明所述的增稠剂为常用增稠剂，如：DR-72、Y800等；所述的流平剂为常用流平剂，如RM-2020、BYK-346等；所述的分散剂为常用分散剂，如：SN-5040、DISPERSANT8420等；所述的消泡剂为常用消泡剂如：如F-111、LT-201等；所述的成膜助剂为常用成膜助剂，如：TEXANOL、DH-1700等；所述的中和剂为常用中和剂如：AMP-95 、DT-85等。
Claims (1)
1.一种可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料的制备方法，其特征在于：其具体操作步骤为：
步骤一、制备载体
（1）取中位径小于10微米的天然微孔结构非金属原矿矿物1份、水10份和六偏磷酸钠0.005份放入分散罐中，以2000r/min的转速搅拌30分钟，静止10分钟后，取上部的分散液进行过滤，过滤后的固体物质，即为滤饼；
（2）按质量固液比1: 3.5，将上述步骤（1）中所得滤饼和体积浓度为30%的硫酸溶液加入提纯罐中，搅拌40分钟，得到悬浮液；
（3）将所得悬浮液进行过滤洗涤，洗涤至无硫酸根离子、水分为50%，所得固体物质称为提纯滤饼，即是载体；
步骤二、制备纳米二氧化钛复合光催化材料
（1）按质量固液比为1: 25，将上述步骤一所制备的载体和水加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌5分钟后，加入体积浓度为30%的硫酸溶液调整混合溶液的PH值为1~3；然后以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为3mol/L的硫酸钛水溶液或浓度为3mol/L的硫酸氧钛水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.05%；继续以500r/min的转速搅拌10分钟后向混合溶液中加入浓度为200g/L的硫酸铵水溶液，其加入量为混合溶液体积的0.03%；再以500r/min的转速搅拌15分钟后加入质量浓度为10%的氨水调整混合液PH值为4.5，接着保温40分钟后得到混合物；
（2）将上述步骤（1）所制得的混合物进行过滤脱水，反复洗涤至无硫酸根离子，得到固体物质，将所得固体物质在105℃下干燥4小时至粉末状；
（3）将上述步骤（2）所得粉末状固体物质在650℃~700℃下煅烧4小时，出炉冷却后即得到纳米二氧化钛复合光催化材料；
步骤三、制备可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料：
（1）按质量份数比，将去离子水30份、高岭土10份、轻质碳酸钙10份、滑石粉10份、分散剂1份、消泡剂0.2份和成膜助剂0.5份依次加入反应釜中，以500r/min的转速搅拌10分钟后得到混合物；
（2）向上述步骤（1）反应釜中的混合物加入上述步骤二所制备的纳米二氧化钛复合光催化剂5份，在2000r/min的转速下搅拌分散30分钟，得到水性胶体；
（3）在反应釜中，以500r/min的转速搅拌上述步骤（2）所制备的水性胶体，同时加入颜填料20份，再以2000r/min的转速搅拌30min使之充分分散后，调整为转速500r/min继续进行搅拌，同时加入成膜助剂0.5份，搅拌至混合均匀后，用中和剂调节PH值为8.5；然后加入1份的增稠剂和1份的流平剂，搅拌至混合均匀后静置1小时，得到一种粉末状物质，即为本发明可用于甲醛和甲苯气体降解的水性涂料，密封保存。
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