CN105733321B

CN105733321B - 多模式纳米光触媒喷涂剂及其生产方法

Info

Publication number: CN105733321B
Application number: CN201510653850.6A
Authority: CN
Inventors: 王聪; 谢磊; 孙旭辉; 郭玥; 吴翔宇; 来晓帆
Original assignee: Hangzhou Vocational and Technical College
Current assignee: Hangzhou Vocational and Technical College
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2035-10-10
Also published as: CN105733321A

Abstract

本发明所设计的多模式纳米光触媒喷涂剂，主要包括光触媒粉末和喷涂剂溶液，其特征是所述的光触媒粉末主要包括掺杂了碘离子的锐矿晶型二氧化钛I‑TiO₂和电气石粉，I‑TiO₂中成份掺杂的含量值以钛原子与碘原子的摩尔量比值(Ti/I)确定在1∶0.10～0.20；I‑TiO₂粉末和电气石粉混合的质量比则在1∶0.20～0.25；所述的喷涂剂溶液含有的成份主要为：分子量为200～400的聚乙二醇、丙三醇、丙二醇丁醚、纯化水，纯化水、聚乙二醇、丙三醇和丙二醇丁醚的含量按体积比为1∶0.15～0.20∶0.1～0.15∶0.005～0.01。

Description

多模式纳米光触媒喷涂剂及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种非金属掺杂二氧化钛光触媒喷涂剂，特别是一种多模式纳米光触媒喷涂剂。

背景技术

市场上二氧化钛光触媒产品主要分为锐钛矿型和贵金属掺杂二氧化钛，前者只有在紫外光照射下才能产生净化空气的效果，而后者因掺杂贵金属致使产品价格太高。另一方面，目前市场上主要是分类产品，用于单一场景，如仅用于家具的光触媒喷涂剂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种使用方便，生产成本低，应用范围光，催化降解效果强烈的多模式纳米光触媒喷涂剂。

为了达到上述目的，本发明所设计的多模式纳米光触媒喷涂剂，主要包括光触媒粉末和喷涂剂溶液，其特征是所述的光触媒粉末主要包括掺杂了碘离子的锐矿晶型二氧化钛I-TiO₂和电气石粉，I-TiO₂中成份掺杂的含量值以钛原子与碘原子的摩尔量比值(Ti/I)确定在1∶0.10～0.20；I-TiO₂粉末和电气石粉混合的质量比则在1∶0.20～0.25；所述的喷涂剂溶液含有的成份主要为：分子量为200～400的聚乙二醇、丙三醇、丙二醇丁醚、纯化水，纯化水、聚乙二醇、丙三醇和丙二醇丁醚的含量按体积比为1∶0.15～0.20∶0.1～0.15∶0.005～0.01。其中：光触媒粉末实现了非日照环境条件下利用居家生活中的白炽灯、LED灯等可见光源即可有效分解并去除室内空气中的甲醛、苯等有害物质的作用；而电气石粉则主要用于消除异味、释放空气负离子的作用。聚乙二醇作为分散剂，起到均一分散光触媒粉末颗粒，防止颗粒的沉降和凝聚并形成悬浮液的作用；丙三醇作为渗透剂，起到增加渗透性、提高产品耐水性的作用；丙二醇丁醚作为成膜剂，起到形成具有一定柔软性、延伸性、耐磨性的连续均匀薄膜的作用。

上述多模式纳米光触媒喷涂剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

a)光触媒粉末的制备：将HIO₃溶于纯化水，并不断搅拌，在搅拌状态下按1滴/秒的速度逐滴加入(C₄H₉O)₄Ti，待滴完后继续充分搅拌1小时，完成后，将生成的粘稠液体置于水浴锅中以80℃恒温烘干，随后取出烘干的粉饼并置于研钵内研磨，将得到的前驱体粉末转移至坩埚后放入马弗炉中煅烧，马弗炉以5℃/min的升温速率加热到400℃并保温2小时候后，再冷却至室温，即得I-TiO2粉末，其中HIO₃、纯化水、(C₄H₉O)₄Ti的摩尔量比值确定在1∶0.10～0.20∶4～6；

b)喷涂剂溶液的制备：取纯化水容器中，依次加入分子量为200～400的聚乙二醇、丙三醇后，充分搅拌混合均匀，再加入丙二醇丁醚，继续搅拌充分混合，即得喷涂剂溶液，其中纯化水、聚乙二醇、丙三醇、丙二醇丁醚的体积比为1∶0.15～0.20∶0.10～0.1∶0.005～0.01；

c)光触媒喷涂剂制备：按1g/L的浓度，将光触媒粉末倒入喷涂剂溶液，并充分搅拌1小时后，即得光触媒喷涂剂。

要使I有效地掺杂进入TiO₂需要进行高温煅烧，但过高的煅烧温度会破坏TiO₂的锐钛矿晶型结构从而降低其光触媒活性，故选取适宜的煅烧程序可使得I有效掺杂同时保持锐钛矿晶型TiO₂高效的光触媒活性。此外，保证I-TiO2光触媒颗粒粒径达到10nm以下粒径且具有较均匀的粒径分布，一方面可以使光触媒颗粒具有较大地比表面积，进而增大与空气中污染物接触的活性位点，有利于对污染物的去除；另一方面，较均匀的粒径分布可保证光触媒颗粒充分且长久地悬浮在喷涂剂溶液中，从而保证纳米光触媒喷涂剂的稳定性。

为了克服上述两个技术难点，本发明通过多次实验比较，得出在水解步骤中控制钛酸四丁酯的滴加速度在1滴/秒左右，并在水解反应中保持连续地充分搅拌水解生成的氢氧化钛沉淀颗粒可保证I-TiO2光触媒颗粒粒径达到10nm以下粒径且具有较均匀的粒径分布；此外，采用马弗炉以5℃/min的升温速率加热到400°℃并保温2小时后再冷却至室温，可在保证I有效掺杂进入TiO₂的同时保持TiO₂高效的光触媒反应活性。

本发明所的得到的多模式纳米光触媒喷涂剂，通过具有创造性的生产方法及配方，使得光触媒反应直接在可见光环境中即可发生，大大增加了反应时间和反应效果，从而达到了有效降解空气中的有毒有害气体，有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理的效果，能广泛的用于玻璃、油漆、纺织品等多种表面达到表面自洁的目的，并能应用车内、室内及隧道等多种环境达到空气净化的目的。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1。

本实施例描述的多功能纳米光触媒喷涂剂由光触媒粉末和喷涂剂溶液两部分的结合而制得。

①光触媒粉末含有的成份主要为：掺杂了碘离子的锐钛矿晶型二氧化钛TiO₂、电气石粉。其中，I-TiO2中成份掺杂的含量值以钛原子与碘原子的摩尔量比值(Ti/I)确定在1∶0.10～0.20；I-TiO2粉末和电气石粉混合的质量比则在1∶0.20～0.25。

②喷涂剂溶液含有的成份主要为：分子量为200～400的聚乙二醇、丙三醇、丙二醇丁醚、纯化水。聚乙二醇作为分散剂，起到均一分散光触媒粉末颗粒，防止颗粒的沉降和凝聚并形成悬浮液的作用；丙三醇作为渗透剂，起到增加渗透性、提高产品耐水性的作用；丙二醇丁醚作为成膜剂，起到形成具有一定柔软性、延伸性、耐磨性的连续均匀薄膜的作用。其中，纯化水、聚乙二醇、丙三醇和丙二醇丁醚的含量按体积比为1∶0.15～0.20∶0.10～0.1∶0.005～0.01)。

上述多功能纳米光触媒喷涂剂的制备方法过程可分为光触媒粉末制备、喷涂剂溶液制备和光触媒喷涂剂制备三步骤。

第一步，光触媒粉末的制备：首先称取2.64～5.28gHIO₃2(碘酸)溶于80ml纯化水中并转移至500ml烧杯内，再将烧杯放置在磁力搅拌器上不断搅拌溶液。其后，在不断搅拌状态下，按约1滴/秒的速度逐滴加入51ml的(C₄H₉O)₄Ti(钛酸四丁酯)，待滴完后继续充分搅拌1小时。完成后，将生成的粘稠液体置于水浴锅中以80℃恒温烘干，随后取出烘干的粉饼并置于研钵内研磨，将得到的前驱体粉末转移至坩埚后放入马弗炉中煅烧。马弗炉以5℃/min的升温速率加热到400℃并保温2小时后，再冷却至室温，即得I-TiO2粉末约10g。最后，按照I-TiO2粉末、电气石粉质量比为1∶0.20～0.25的比例进行混合，在10g I-TiO2粉末中加入2～2.5g电气石粉，置于研钵中充分研磨并混合均匀，即得所需光触媒粉末。

第二步，喷涂剂溶液的制备：按纯化水、聚乙二醇、丙三醇、丙二醇丁醚的体积比为1∶0.15～0.20∶0.10～0.1∶0.005～0.01进行混合。先取500ml纯化水置于烧杯，依次加入75～100mL分子量为200～400的聚乙二醇、50～75ml丙三醇后，充分搅拌混合均匀。其后，再加入2.5～5ml丙二醇丁醚，继续搅拌充分混合，即得喷涂剂溶液。

第三步，光触媒喷涂剂制备：按1g/L的浓度，将光触媒粉末倒入喷涂剂溶液，并充分搅拌1小时后，即得光触媒喷涂剂。

下面对通过上述方法得到的本实施例的多模式纳米光触媒喷涂剂进行效果检验，检验过程如下：

以一个密闭的箱体为模拟环境，在箱体内部涂抹了12mL的10ppm的甲醛，24小时之后，选取2个监测点，检测显示箱体内空气中甲醛的含量均为0.19mg/m³，按照少量多次的原则，每隔20分钟在箱体内壁喷涂1次本产品，喷涂3次后，将该密闭箱体暴露在100W白炽灯光源下，经24小时后，在2个监测点检测箱体内空气甲醛浓度均为0.092mg/m³甲醛的净化率51.58％。前述数据是由省级计量认证资质——杭州福尔萨检测研究院有限公司作为第三方检测机构进行检测的。

由此可见，本发明所得到的产品，在24小内的甲醛净化率为51.58％，不但证明了本发明无需日光照射即可起到效果，而且效果优良。

Claims

1.一种多模式纳米光触媒喷涂剂制备方法，所述的多模式纳米光触媒喷涂剂主要包括光触媒粉末和喷涂剂溶液，其特征是所述的光触媒粉末主要包括掺杂了碘离子的锐矿晶型二氧化钛I-TiO₂和电气石粉，I-TiO₂中成份掺杂的含量值以钛原子与碘原子的摩尔量比值(Ti/I)确定在1:0.10-0.20；I-TiO₂粉末和电气石粉混合的质量比则在1:0.20-0.25；所述的喷涂剂溶液含有的成份主要为：分子量为200-400的聚乙二醇、丙三醇、丙二醇丁醚、纯化水，纯化水、聚乙二醇、丙三醇和丙二醇丁醚的含量按体积比为1:0.15-0.20:0.10-0.15:0.005-0.01；

其特征是前述的多模式纳米光触媒喷涂剂的制备方法包括以下步骤：

a)光触媒粉末的制备：将HIO₃溶于纯化水，并不断搅拌，在搅拌状态下按1滴/秒的速度逐滴加入(C₄H₉O)₄Ti，待滴完后继续充分搅拌1小时，完成后，将生成的粘稠液体置于水浴锅中以80℃恒温烘干，随后取出烘干的粉饼并置于研钵内研磨，将得到的前驱体粉末转移至坩埚后放入马弗炉中煅烧，马弗炉以5℃/min的升温速率加热到400℃并保温2小时候后，再冷却至室温，即得I-TiO₂粉末，其中HIO₃、纯化水、(C₄H₉O)₄Ti的摩尔量比值确定在1:0.10-0.20:4-6, 最后，按照I-TiO₂粉末、电气石粉质量比为1:0.20-0.25的比例进行混合，并置于研钵中充分研磨并混合均匀，既得所光触媒粉末；

b）喷涂剂溶液的制备：取纯化水容器中，依次加入分子量为200-400的聚乙二醇、丙三醇后，充分搅拌混合均匀，再加入丙二醇丁醚，继续搅拌充分混合，即得喷涂剂溶液，其中纯化水、聚乙二醇、丙三醇、丙二醇丁醚的体积比为1:0.15-0.20:0.10-0.15:0.005-0.01；

c）光触媒喷涂剂制备：按1g/L的浓度，将光触媒粉末倒入喷涂剂溶液，并充分搅拌1小时后，即得光触媒喷涂剂。