CN104192897B - 一种纳米TiO2材料的制备方法及自洁涂料及制作自洁玻璃的方法 - Google Patents

一种纳米TiO2材料的制备方法及自洁涂料及制作自洁玻璃的方法 Download PDF

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一种纳米TiO2材料的制备方法及自洁涂料及制作自洁玻璃的方法，本发明解决纳米TiO2材料粒径和提高自洁涂料及制作自洁玻璃的自洁性能的技术问题，纳米TiO2材料的制备方法采用将氮掺杂TiO2超细颗粒进入有两金属板构成的阴极和阳极并充有氩气的电场中，在阴极靶上进行沉降、蒸发出、被惰性气体冷却而成为粒度在2-20nm？TiO2,粒径均匀的纳米TiO2。将上述纳米TiO2分散于的水性丙烯酸乳液中，制成重量比为含量为0.3%-5%？TiO2的自洁涂料。制作的自洁玻璃的方法，玻璃表面进行处理、常温下喷涂、涂层厚度为2-4微米、常压下和紫外线下充分激活。有益效果是工艺简单，大大提高纳米材料的自洁性能。

Description

一种纳米TiO2材料的制备方法及自洁涂料及制作自洁玻璃的方法
所属技术领域
本发明涉及一种纳米TiO2材料的制备方法及含有该方法制备的纳米TiO2材料的耐沾污自洁涂料及制作自洁玻璃的方法。
背景技术
随着石化常规能源的有限性以及环境污滥问题的日益突出，世界各国也加快对新能源的投资。“十二五”《新兴能源产业发展规划》的纲要主旨未来十年中国能源发展将主要朝着两个目标进军，一是到2020年非化石能源占一次能源消费总量的比重达到15%左右；二是到2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40-45%。而这两份规划将共同搭建起这10年的能源发展框架。太阳能等可再生能源利用规模在我国也将进一步扩大。
然而，无论是太阳能玻璃真空集热管还是太阳能光伏玻璃和太阳能幕墙建筑一体化玻璃表面,因长期置于户外,由于汽车尾气和工业废气对环境的污染和灰尘颗粒PM2.5黏附等原因,严重影响光热和光电能量转换效应,从而将会大大降低了太阳能的工作效率，有些重污滥区域，太阳能的转能效率每年以10%递减。深圳市讯普法纳科技发展有限公司张波提供工业钛醇盐的气相水解法制备锐钛矿型纳米TiO2，利用纳米TiO2的光催化分解有机污染物的治理方面取得了应用，并对30多种有机物的光催化分解进行了研究，发现光催化法可将烃类、卤化物、羧酸、燃料、表面活性剂、含氮有机物、有机农药等完全氧化为CO2和H2O等无毒物质。光催化剂还可用于无机物的脱毒降解，空气净化，包括油烟气、工业废气、汽车尾气、氟利昂及氟利昂替代物的光催化降解。将此获得的降解效果应用于太阳能光板玻璃表面上的纳米自洁涂层方案，十分有效地通过自然降雨或人工冲水清除分解光伏玻璃表面的污垢，彻底解决了太阳能的转能效率每年以10%递减这个问题。可以说是再生能源应用领域中的又一次革命！
现有技术中，如本发明人2011年03月18日提出的专利号为201110066258，名称为“一种锐钛矿型纳米材料的制备方法及使用该材料制作的自洁太阳能玻璃“纳米TiO2材料生产工艺形成的纳米TiO2材料为球形多孔粒子，而且粒径较大，纳米TiO2材料的自洁性能随着粒径的减少得以提高。
发明内容
为进一步降低纳米TiO2材料粒径及自洁性能更高的耐沾污自洁涂料及使用该涂料的自洁玻璃，本发明公开一种纳米TiO2材料生产工艺及含有该方法制备的纳米TiO2材料的自洁涂料及制作自洁玻璃的方法。
本发明实现纳米TiO2材料的制备方法，该方法是在99.999%高纯氮气分四路，一路进入Ti(OR)4气化器，携带Ti(OR)4蒸汽进入主反应器，一路通过水气化器将水蒸气带入反应器中部，另两路分别进入反应器的混合段和水解反应段，混合段内的携带Ti(OR)4氨气与冷氨气混合，形成Ti(OR)4气溶胶颗粒，形成的Ti(OR)4气溶胶颗粒在反应器的水解反应段与蒸汽混合发生水解反应，生成氮掺杂TiO2超细颗粒构成钛醇盐气相水解反应制备纳米材料工艺方法的基础上实现的，该方法还包括以下工艺步骤：
⑴、生成氮掺杂TiO2超细颗粒进入有两金属板构成的阴极和阳极并充有氩气的电场中，TiO2在阴极靶上进行沉降；
⑵、电场中氩气在电场放电形成的氩离子冲击阴极靶表面，沉降在阴极靶上的TiO2在阴极靶表面蒸发出；
⑶、蒸发出的TiO2被惰性气体冷却而成为粒度在2-20nmTiO2,粒径均匀的纳米TiO2。
本发明实现一种含有上述纳米TiO2材料的自洁涂料为，将上述制备的纳米TiO2分散于的水性丙烯酸乳液中，制成重量比为含量为0.3%-5%TiO2的耐沾污自洁涂料。
本发明实现一种使用上述自洁涂料制作的自洁玻璃的方法，该方法包括：
⑴、对玻璃表面进行去污、除尘处理：
⑵、常温下使用喷枪距离玻璃表面13-15CM，分别纵横喷涂个3次：
⑶、涂层厚度为2-4微米：
⑷、后70-80小时内玻璃表面无水接触，并保持环境风速小于三级：
⑸、涂后经0-500小时常压下和254紫外线强度下充分激活固化得自洁太阳能光伏玻璃。
本发明的有益效果是在现有钛醇盐气相水解反应制备纳米材料工艺方法的基础上增加阴极靶表面沉降和在阴极靶表面蒸发工艺，即可实现降低纳米材料粒径的发明目的，工艺简单，大大提高纳米材料的自洁性能。
具体实施方式
一种纳米TiO2材料的制备方法，该方法是在99.999%高纯氮气分四路，一路进入Ti(OR)4气化器，携带Ti(OR)4蒸汽进入主反应器，一路通过水气化器将水蒸气带入反应器中部，另两路分别进入反应器的混合段和水解反应段，混合段内的携带Ti(OR)4氨气与冷氨气混合，形成Ti(OR)4气溶胶颗粒，形成的Ti(OR)4气溶胶颗粒在反应器的水解反应段与蒸汽混合发生水解反应，生成氮掺杂TiO2超细颗粒构成钛醇盐气相水解反应制备纳米材料工艺方法的基础上实现的，该方法还包括以下工艺步骤：
⑴、生成氮掺杂TiO2超细颗粒进入有两金属板构成的阴极和阳极并充有氩气的电场中，TiO2在阴极靶上进行沉降。
钛醇盐气相水解反应制备纳米材料存在TiO2超细颗粒大量不稳定的聚集的现象，采用步骤⑴的目的是将聚集一起的TiO2超细颗粒将其分离。
用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入氩气，两级间施加的电压为0.5-1.2KV,放电会形成氩离子。
⑵、电场中氩气在电场放电形成的氩离子冲击阴极靶表面，沉降在阴极靶上的TiO2在阴极靶表面蒸发出。
⑶、蒸发出的TiO2被惰性气体冷却而成为粒度在2-20nmTiO2,粒径均匀的纳米TiO2。
一种含有上述的纳米TiO2材料的自洁涂料，将上述方法制备的纳米TiO2分散于的水性丙烯酸乳液中，制成重量比为含量为0.3%-5%TiO2的耐沾污自洁涂料。
一种利用上述自洁涂料制作的自洁玻璃的方法，该方法包括：
⑴、对太阳能光伏玻璃表面进行去污、除尘处理：
⑵、常温下使用喷枪距离玻璃表面13-15CM，分别纵横喷涂个3次：
⑶、涂层厚度为2-4微米：
⑷、后70-80小时内玻璃表面无水接触，并保持环境风速小于三级：
⑸、涂后经0-500小时常压下和254紫外线强度下充分激活固化得自洁玻璃。
本发明应用在太阳能玻璃表面，利用上述自洁涂料采用后期喷涂常温制作在太阳能玻璃表面与阳光中紫外线进行光合催化作用，直接降解太阳能玻璃表面的汽车尾气和工业废气中排放出来的有机物如甲醛、甲苯等污垢，分解为二氧化碳和水，那么表层的无机物如二氧化硫、氮氧化物及其他单质，就失去了黏附力，当下雨时，已经降解的有机物和失去黏附力的无机物在超亲水性作用下很容易被雨水冲走，不留下水滴痕迹，进一步提高太阳能玻璃表面达到自清洁的效果，保持了太阳能初始转能效率。
同时减缓太阳能玻璃老化，从而也达到保持干净和延长太阳能玻璃寿命的效果。致使在很短的时间内分解有机污滥物，杀死细菌和除去油污，还起到净化大气环境的空气净化作用。真正显示太阳能玻璃超强的耐候性、耐污性和耐腐蚀性，达到美观环保、节能减排的效果。
本发明的制作的自洁玻璃的方法，应用在太阳能玻璃制作上，在现有太阳能玻璃制作技术的基础上，采用后期喷涂常温制作的方式进行，采用此种技术制作的抗紫外线纳米自洁太阳能玻璃，不需要移动拆卸和添置其他设备，户外现场施工，是对已建好的太阳能玻璃采用自洁技术的保护补充，同时也提高了制作生产效率，降低了生产成本。
采用常温喷涂技术完全可以保证纳米TiO2的自清洁效果，经过450-500小时以上的自然阳光中的254nm紫外线充分激活固化，完全可达到耐磨性的H级，而且涂层透明度高，附着力强，适于常温工业化生产制作。因为TiO2涂层常温固化在玻璃表面形成是一种光催化，它自己不消耗能量，所以只要太阳能玻璃不打碎，涂层在紫外线作用下，自清洁效果长期存在。
在太阳能玻璃表面常温喷制TiO2涂层，一方面可直接利用太阳光经过光催化作用，具有超强的氧化性降解污垢等有害物质的能力，还可利用纳米TiO2超强抗紫外线功能，提高了太阳能玻璃基板的耐候性，由于纳米TiO2涂层对水形成强大的张力，所以纳米TiO2涂层还具有超强的亲水性能，真正达到提高太阳能转能效率。

Claims (2)

1.一种纳米TiO2材料的制备方法，该方法是通过将99.999%高纯氮气分四路，一路进入Ti(OR)4气化器，携带Ti(OR)4蒸汽进入主反应器，一路通过水气化器将水蒸气带入反应器中部，另两路分别进入反应器的混合段和水解反应段，混合段内的携带Ti(OR)4氮气与冷氮气混合，形成Ti(OR)4气溶胶颗粒，形成的Ti(OR)4气溶胶颗粒在反应器的水解反应段与蒸汽混合发生水解反应，生成氮掺杂TiO2超细颗粒实现，其特征在于：该方法还包括以下工艺步骤：
⑴、生成氮掺杂TiO2超细颗粒进入由两金属板构成的阴极和阳极并充有氩气的电场中，TiO2在阴极靶上进行沉降；
⑵、电场中氩气在电场放电形成的氩离子冲击阴极靶表面，沉降在阴极靶上的TiO2在阴极靶表面蒸发出；
⑶、蒸发出的TiO2被惰性气体冷却而成为粒度在2-20nmTiO2,粒径均匀的纳米TiO2。
2.根据权利要求1所述的一种纳米TiO2材料的制备方法，其特征在于：步骤⑴中，两金属板构成的阴极和阳极的电场中，两级间施加的电压为0.5-1.2kV。
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