CN104830227B - 负载型复合光催化涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负载型复合光催化涂层及其制备方法，通过负载型光催化层与防水型粘结层在基材表面附着相结合，将特殊结构的负载材料与复合TiO₂/g‑C₃N₄光催化剂通过高能球磨方式混合，有效提高光催化剂的负载率，同时复合光催化剂能够将响应范围从紫外光拓宽至可见光，实现高效光催化效率。本发明工艺简单，具有较高的经济和环境效益，属于高附加值资源化利用。

Description

负载型复合光催化涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种外墙用复合光催化涂层，适用于建筑屋面、建筑幕墙、墙面装饰等领域。

背景技术

光催化剂与建筑材料的结合是光催化领域最热门的应用方向之一。目前，为了充分将光催化材料的光催化性能体现出来，在市场上所使用的光催化材料大多以涂料形式涂覆在水泥建筑外墙表面，其与水泥建筑物表面的结合相对不牢固，耐久性和耐磨性较差。若能将光催化剂负载于具有一定结构的材料上制成砂浆涂层涂覆于水泥建筑物的表面，能够有效提高结合力。对于光催化剂来说，孔状或层状结构能够让其减少一定的磨损；对于水泥建筑物来说，具有孔状或层状结构还能阻隔外部有害物的侵蚀，有效防止混凝土碳化。目前市面上主要的光催化剂为TiO₂，但是TiO₂的相应范围主要在紫外，且量子效率较低，限制了它的应用。而一种新型的具有非金属性、高电子迁移率的石墨状氮化钛(g-C₃N₄)逐步被人们所关注，g-C₃N₄的光响应范围可扩展至可见光范围。若能将TiO₂和g-C₃N₄一起负载于特殊结构的载体上，结合两者优点，将会有效的提高光催化效率。

发明内容

本发明将负载型光催化材料与高效干粉砂浆材料有效结合，提供了能在建筑外墙上广泛应用的粘结牢固、光催化性能稳定的砂浆材料，制备方法简单，性能优异。

具体来说是将负载材料与复合光催化剂进行高能球磨混合，让复合光催化剂镶嵌于孔状、层状等特殊结构的负载材料上，同时在基材与光催化涂层间加入具有光散射且防水的粘结层，得到一种负载型复合光催化涂层，有效提高光催化能力，降低外墙清洁成本。

所述的负载型复合光催化涂层，包括负载型光催化层和防水型粘结层，其中负载型光催化层由4～8%负载型光催化剂、1～5%聚合物和87～95%水组成，各组分的质量总和为100%；防水型粘结层由60～80%有机硅树脂、5～15%玻璃粉和5～35%纳米颗粒组成，各组分的质量总和为100%。

所述的负载型光催化剂由40～50%负载材料、20～35%纳米TiO₂和15～40%的g-C₃N₄组成，各组分的质量总和为100%，其中负载材料为粉煤灰、偏高岭土、活性炭、沸石、膨润土、云母、玄武岩中的一种或多种。

所述的聚合物选用可再分散乳胶粉、聚丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种。

所述的有机硅树脂为聚甲基苯基有机硅树脂、甲基聚硅氧烷树脂中的一种。

所述的玻璃粉的粒径范围是20～60目。

所述的纳米颗粒为纳米SiO₂、纳米ZrO₂中的一种或两种。

本发明所述的负载型复合光催化涂层的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1） 将基材表面的灰尘、污垢、杂质等清除后，自然晾干2-8h，保证基材表面的洁净和干燥；

2） 将玻璃粉和纳米颗粒加入至有机硅树脂中，搅拌均匀，涂覆于基材表面，待固化后形成防水型粘结层；

3）将负载材料、纳米TiO₂和的g-C₃N₄高能球磨混合30～60min，转速为300～600r/min，制备得到负载型光催化剂；

4）将负载型光催化层配料均匀混合，喷射于防水型粘结层上，喷涂完成后干燥10～60min；形成负载型复合光催化涂层。

本发明的有益效果在于：

1、通过高能球磨的方式将复合光催化剂高效负载于负载材料上，能够极大地提高光催化剂的光催化效率，不仅能够实现建筑环保，同时还提供了较高的经济和社会效益。

2、孔状或层状结构的负载材料不仅提高了光催化剂的耐磨性、耐久性，而且对水泥建筑物也有一定的保护作用，能够一定程度上防止水泥浆体碳化。

3、将玻璃粉加入粘结层中，不仅能够有效实现阻隔作用，还能通过光散射来有效提高光催化剂的受照面积，提高光催化能力。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1为涂覆有本发明负载型复合光催化涂层的产品示意图

图中，1为负载型复合光催化涂层的负载型光催化层，2为负载型复合光催化层的防水型粘结层，3为负载型复合光催化涂层的基层。

具体实施方式：

实施例1

1） 将基材表面的灰尘、污垢、杂质等清除后，自然晾干3h，保证基材表面的洁净和干燥；

2） 将5%30目玻璃粉和15%纳米SiO₂加入至80%有机硅树脂中，搅拌均匀，涂覆于基材表面，待固化后形成防水型粘结层；

3）将40%云母、20%纳米TiO₂、40%g-C₃N₄高能球磨混合45min后制成负载型光催化剂，转速为400 r/min；

4）取4%负载型光催化剂、1%苯丙乳液和95%水均匀混合，喷射于防水型粘结层上，喷涂完成后干燥30min，制成负载型复合光催化涂层。

实施例2

1） 将基材表面的灰尘、污垢、杂质等清除后，自然晾干2h，保证基材表面的洁净和干燥；

2） 将15%40目玻璃粉和5%纳米SiO₂加入至80%有机硅树脂中，搅拌均匀，涂覆于基材表面，待固化后形成防水型粘结层；

3）将40%膨润土、25%纳米TiO₂、35%g-C₃N₄高能球磨混合50min后制成负载型光催化剂，转速为500r/min；

4）取6%负载型光催化剂、3%硅丙乳液和91%水均匀混合，喷射于防水型粘结层上，喷涂完成后干燥10min，制成负载型复合光催化涂层。

实施例3

1） 将基材表面的灰尘、污垢、杂质等清除后，自然晾干5h，保证基材表面的洁净和干燥；

2） 将15%50目玻璃粉和35%纳米SiO₂加入至60%有机硅树脂中，搅拌均匀，涂覆于基材表面，待固化后形成防水型粘结层；

3）将50%沸石、35%纳米TiO₂、15%g-C₃N₄高能球磨混合30min后制成负载型光催化剂，转速为600r/min；

4）取7%负载型光催化剂、4%聚丙乳液和89%水均匀混合喷射于防水型粘结层上，喷涂完成后干燥60min，制成负载型复合光催化涂层。

实施例4

1） 将基材表面的灰尘、污垢、杂质等清除后，自然晾干8h，保证基材表面的洁净和干燥；

2） 将10%30目玻璃粉和20%纳米ZrO₂加入至70%有机硅树脂中，搅拌均匀，涂覆于基材表面，待固化后形成防水型粘结层；

3）将40%偏高岭土、20%纳米TiO₂、40%g-C₃N₄高能球磨混合60min后制成负载型光催化剂，转速为300r/min；

4）取8%负载型光催化剂、5%可分散乳胶粉和87%水均匀混合喷射于防水型粘结层上，喷涂完成后干燥45min钟，制成负载型复合光催化涂层。

Claims (5)

1.一种负载型复合光催化涂层，其特征在于，包括负载型光催化层和防水型粘结层，其中负载型光催化层由4~8%负载型光催化剂、1~5%聚合物和87~95%水组成，各组分的质量总和为100%；防水型粘结层由60~80%有机硅树脂、5~15%玻璃粉和5~35%纳米颗粒组成，各组分的质量总和为100%；所述负载型光催化剂由40~50%负载材料、20~35%纳米TiO₂和15~40%的g-C₃N₄组成，各组分的质量总和为100%；所述负载材料为粉煤灰、偏高岭土、活性炭、沸石、膨润土、云母、玄武岩中的一种或多种；所述聚合物选用可再分散乳胶粉、聚丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种；

所述负载型复合光催化涂层，由以下步骤制备得到：

1）将基材表面的灰尘、污垢、杂质等清除后，自然晾干2~8h，保证基材表面的洁净和干燥；

2）将玻璃粉和纳米颗粒加入至有机硅树脂中，搅拌均匀，涂覆于基材表面，待固化后形成防水型粘结层；

3）将负载材料、纳米TiO₂和的g-C₃N₄高能球磨混合30～60min，转速为300～600r/min，制备得到负载型光催化剂；

4）将负载型光催化层配料均匀混合，喷射于防水型粘结层上，喷涂完成后干燥10～60min；制成负载型复合光催化涂层。

2.根据权利要求1所述的一种负载型复合光催化涂层，其特征在于，所述有机硅树脂为聚甲基苯基有机硅树脂、甲基聚硅氧烷树脂中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种负载型复合光催化涂层，其特征在于，所述玻璃粉的粒径范围是20～60目。

4.根据权利要求1所述的一种负载型复合光催化涂层，其特征在于，所述纳米颗粒为纳米SiO₂、纳米ZrO₂中的一种或两种。

5.权利要求1-4任一项所述的负载型复合光催化涂层的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1）将基材表面的灰尘、污垢、杂质等清除后，自然晾干2~8h，保证基材表面的洁净和干燥；

2）将玻璃粉和纳米颗粒加入至有机硅树脂中，搅拌均匀，涂覆于基材表面，待固化后形成防水型粘结层；

3）将负载材料、纳米TiO₂和的g-C₃N₄高能球磨混合30～60min，转速为300～600r/min，制备得到负载型光催化剂；

4）将负载型光催化层配料均匀混合，喷射于防水型粘结层上，喷涂完成后干燥10～60min；制成负载型复合光催化涂层。