CN105944766A - 在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法，属于负载技术领域。利用纳米二氧化钛分散液作为催化剂，利用混合、干燥和混合后直接应用的方法，将纳米二氧化钛分散液负载在硅胶和塑料上，并且不局限于硅胶和塑料。本发明的负载工艺简单实用，有益效果突出，把复杂的二氧化钛负载工艺简易化，使专业能力薄弱的中小企业能够掌握实施，适于在全国范围推广普及。光触媒可有效去除室内、车内甲醛等有害气体和消灭细菌病毒，有益身体健康；对降低室外空气污染，降低PM2.5的浓度均有积极的作用。是环境效益、经济效益都有广阔前景的项目。

Description

在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法

技术领域

本发明涉及一种在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法，属于负载技术领域。

背景技术

世界上能作为光触媒的材料很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物、硫化物半导体，其中二氧化钛因其氧化能力强，化学性质稳定且无毒，而成为首选的光触媒材料。二氧化钛在具有一定能量的光子激发下，使分子轨道中的电子离开价带跃迁至导带，从而在材料价带形成光生空穴，在导带形成光生电子。电子扩散到晶体表面，导致原本不带电的晶体表面出现了极性相反的光生电子和光生空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，高出一般有机污染物的分子链的强度，所以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应，产生羟氧自由基来分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。二氧化钛的光催化反应过程，需依靠光子激发，现已经研发出在可见光下也有响应的光触媒产品。纳米二氧化钛光生空穴氧化电位以标准氢电位计为3.0V，比臭氧的2.07V和氯气的1.36V高许多，具有很强的氧化性。

把纳米二氧化钛负载在不同的物质上，可以形成多种具有光触媒功能的产品，如光触媒硅胶，光触媒塑料，光触媒纸张、光触媒纤维、光触媒棉纱等，这些负载光触媒的原料，能够加工成为成千上万种光触媒产品，在各个领域发挥光触媒的净化作用。

现有技术中有多篇专利文件公开了种种负载二氧化钛的方法。其中与本发明最接近的对比文献为：

中国发明专利号：201310341404公开了一种溶胶-凝胶法合成氮掺杂二氧化钛并负载在二硒化钨表面光催化剂的制备方法，是先配制钛源乙醇溶液，滴加硫脲乙醇溶液后，加入二硒化钨搅拌均匀，滴加酸性乙醇水溶液使成溶胶，然后陈化、高温煅烧、研磨而得。其缺点在于，一是前驱体成本高，制备过程中涉及大量的水和有机物，从经济和环境角度考虑，用于实际生产不大可行；二是化学反应的精确度很难掌握，不利于普及推广。

中国发明专利号CN 03132906.3公开了一种负载型二氧化钛光催化剂及制备方法，将已经准备好的钛酸正丁酯滴加浓度为1M的硝酸中，形成无色透明溶液；加入蒸馏水，用氢氧化钠溶液调节pH＝1.0-2.0；取多孔硅胶加入到悬浮液中，再用氢氧化钠溶液调节pH＝3.0-4.0，固液分离，水洗，直至pH值大于6；将所得固体烘干，高温下煅烧，冷却后即得二氧化钛以纳米颗粒的形态负载在多孔硅胶的表面。其缺点在于，一是配方复杂，仅PH值就变化3次，很难按照专利实施；二是从源头做起，制作过程长，不容易掌握。

中国发明专利号：CN200910183341.6公开了一种聚丙烯/改性纳米二氧化钛复合材料及其制备方法，复合材料组份：聚丙烯为100重，改性纳米二氧化钛量份为1～5重量份，先将聚丙烯颗粒与改性纳米二氧化钛倒入高速混炼机共混，再将共混物倒入双向螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出条状共混物，条状共混物通入水槽进行冷却，冷却后进入切粒机切成复合材料颗粒。其缺点在于，一是聚丙烯颗粒与纳米二氧化钛在高速混炼机共混，不能保证纳米二氧化钛分散均匀；二是配方虽然简单，但制作过程复杂，负载结果质量没有可靠保证依据；

本发明的目的是克服现有技术工艺设计的复杂，把现有光触媒负载技术过程简化，提供一种简便易行，即使化学基础薄弱也能负载二氧化钛的方法，为在中小企业广泛推广光触媒净化技术打开方便之门，为治理室外雾霾，治理室内、车内空气污染奠定良好基础。进而有效减轻大气污染，有效降低pm2.5的伤害。

发明内容

本发明在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法，包括以下几个步骤：

1、确定催化剂，选用纳米二氧化钛分散液成品。

纳米二氧化钛分散液是采用国际先进的分散工艺，将纳米二氧化钛粉体(1-30nm)分散在水相介质中，形成高度分散化、均匀化和稳定化的纳米二氧化钛水性分散液。纳米二氧化钛分散液除具有纳米粉体料的特性外，纳米二氧化钛分散液具有更高的活性、易加入等特性，极大地发挥了纳米材料的作用。

中国有纳米二氧化钛分散液生产厂家几百家，产品质量良莠不齐，不乏假冒伪劣产品夹杂其中。选择高品质的纳米二氧化钛分散液，是本发明的关键环节。

分辨优质和劣质纳米二氧化钛分散液的简易方法：

(1)闻。优质纳米二氧化钛分散液无味。有酒精味、树脂味或其它有机物气味的为劣质产品；

(2)看。优质纳米二氧化钛分散液在光照下不变色。劣质产品在阳光直射下，几小时会变黑；

(3)试。优质纳米二氧化钛分散液具有良好的附着力，喷涂干后形成一层牢固的薄膜。用手指蘸少量分散液涂抹在桌面，干后观察，如出现粉状化或虽能成膜但用湿巾可以擦掉，即为劣质产品；

(4)要。向卖方索要三份报告：灭菌效果检测报告，有害物质降解效果检测报告，产品无毒试验报告。报告须有MA标志；

(5)测。优质纳米二氧化钛分散液呈中性，PH值在6-8之间。如PH低于5或大于9，即为劣质产品；

(6)烧。优质纳米二氧化钛分散液不含粘结剂。将纳米二氧化钛分散液加入烧瓶，加热，若残留物呈黑色灰烬，即为劣质产品；

(7)比。取二只透明杯，在一只杯中加入纳米二氧化钛分散液，再滴入有颜色的液体，红墨水、咖啡等。然后一分为二，一只杯放在没有光的地方，6小时后比较，如果前者褪色，是优质光触媒，如果没有什么变化，是劣质产品。

以上判断纳米二氧化钛分散液的简易方法，是从实践中不断积累得出的经验，不用仪器，最终的结论基本可靠。

本发明试验所采用的催化剂是中国科学院理化研究所的纳米二氧化钛分散液。

2、确定载体。载体可以是硅胶、塑料、纸浆、木屑、纤维、棉纱等多种材料，都可以利用本发明的简易方法负载纳米二氧化钛，在各个领域发挥光触媒的净化作用。本发明试验的载体是硅胶和塑料。

3、下面按照不同载体分别介绍纳米二氧化钛负载工艺。以及负载后原料的用途，负载纳米二氧化钛产品对人体健康和对环境所起的积极作用。

(1)硅胶负载纳米二氧化钛。

第一种方式：硅胶颗粒负载方法。

①称重：多孔硅胶颗粒1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液100克，加损耗10％，重量10克。根据容器大小确定损耗量。多孔硅胶颗粒与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整。

②混合：将称重后的多孔硅胶颗粒和纳米二氧化钛分散液放入混合机中混合均匀。没有混合机也可以放入容器中人工搅拌混合。

③烘干：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的多孔硅胶颗粒进入烘干室烘干。没有烘干室也可以晾干，即得到负载纳米二氧化钛1‰的多孔硅胶颗粒。

④包装：将烘干或晾干的纳米二氧化钛含量1‰多孔硅胶颗粒按要求装入包装袋储存。

⑤应用：纳米二氧化钛多孔硅胶颗粒能够生产多种产品，如纳米二氧化钛硅胶玩具，具有很高的表面活性，抗菌能力强，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力。如果玩具本身具有强大抗菌能力，对儿童健康保护的重大意义很明确。

第二种方式：固体硅胶原料负载方法

固体硅胶原料是一块整体，无法直接负载纳米二氧化钛。在硅胶加工过程中，有一道工序叫调整硅胶硬度，需要在硅胶原料中添加白炭黑。白炭黑是粉状材料，可以利用白炭黑间接将纳米二氧化钛负载到固体硅胶原料上。

①称重：多孔硅胶原料1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液100克，加损耗10％，重量10克。根据容器大小确定损耗量。按照白炭黑的添加量称重白炭黑。多孔硅胶原料与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整。

②混合：将纳米二氧化钛分散液和白炭黑放入容器中混合，搅拌均匀。

③烘干：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的白炭黑进入烘干器烘干，没有烘干器也可以晾干。

④添加：将硅胶原料在硅胶压片机上碾压成片状，把混合纳米二氧化钛的白炭黑分数次撒在硅胶原料片上，边撒白炭黑边继续碾压硅胶原料，反复碾压，直至白炭黑完全融入硅胶原料为止。这时得到的是负载纳米二氧化钛1‰含量的多孔硅胶原料。

⑤应用：利用负载纳米二氧化钛1‰含量的多孔硅胶原料可以直接生产多种光触媒硅胶产品，如纳米二氧化钛硅胶水杯，这种水杯放在有光的地方，能够光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准。再如纳米二氧化钛硅胶婴儿奶瓶、奶嘴，长期处于灭菌消毒自洁的状态中，使婴儿在吃奶时远离细菌。

第三种方式：液体硅胶原料负载方法

液体硅胶具有流动性好，安全环保，可完全达到食品级要求。液体硅胶基本分成两大类：一类是官能团处于分子结构两端的称之为遥爪型液体硅胶；另一类是活性官能团在主链中呈无规分布，称为非遥爪型液体硅胶，也有既带中间官能团又带有端基官团的液体硅胶，实际应用较少。这几类液体硅胶都可以负载纳米二氧化钛。

喷涂用纳米二氧化钛液体硅胶负载方法。

①称重：含量40％液体硅胶1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液1公斤。液体硅胶与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整。

②混合：将称重后的纳米二氧化钛分散液和液体硅胶放入搅拌器混合，没有搅拌器可以放到容器中混合，人工搅拌均匀。得到纳米二氧化钛含量5‰的纳米二氧化钛液体硅胶。

③应用：纳米二氧化钛液体硅胶可以直接应用，喷涂到室内地毯、地垫、桌面、家用电器表面、沙发、装饰品、墙壁等能够喷涂的所有物品和位置；喷涂到车内脚踏垫、前后车板、车内挂件、后备箱等能够喷涂的物品和位置，喷涂汽车排气管内外壁；喷涂到室外人造草坪、外墙壁、屋顶，除机动车路面外的人工铺造硬面积等能够喷涂的所有地方。可以有效去除室内、车内甲醛等有害气体，杀灭细菌病毒，释放负氧离子，改善室内、车内空气质量，保护身体健康。可以减少汽车尾气，分解室外空气中的有害气体，减轻PM2.5的浓度，缓解大气污染。

纳米二氧化钛液态硅橡胶负载方法。

液态硅胶包括液态硅橡胶，液态硅橡胶分成0度液态硅橡胶，5度液态硅橡胶，10度液态硅橡胶，15度液态硅橡胶，20度液态硅橡胶，25度液态硅橡胶，30度液态硅橡胶，40度液态硅橡胶，50度液态硅橡胶，60度液态硅橡胶，80度液态硅橡胶等多种规格。

①称重：40度液体硅橡胶1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液400克。液体硅橡胶与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整。

②混合：将称重后的纳米二氧化钛分散液和液体硅橡胶放入搅拌器混合，没有搅拌器可以放到容器中混合，人工搅拌均匀。

③蒸发：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的液体硅橡胶进入蒸发器蒸发，没有蒸发器也可以晾晒蒸发。直至液体硅橡胶称重1004克重量。即得到负载纳米二氧化钛4‰的40度液体硅橡胶。

④应用：纳米二氧化钛液体硅橡胶可以生产多种产品，如硅胶防爆灯泡、硅胶灯座、硅胶灯罩等照明产品。纳米级分散程度的二氧化钛，受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面，只需皮秒、甚至飞秒的时间，而光生电子与空穴的复合则在纳秒量级，所以不会复合而发挥作用。把纳米二氧化钛硅胶防爆灯泡安装在新装修的房间或新买的汽车中，纳米二氧化钛与有害气体发生化学反应，把甲醛、苯、氨等分解成二氧化碳和水，减少室内、车内空气污染，增进身体健康。把纳米二氧化钛硅胶防爆灯泡安装在路边，夜里就会分解有害气体，净化空气，释放负氧离子，会使第二天早晨空气清新些。

(2)塑料负载纳米二氧化钛。

通用塑料有五大品种，即聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯及ABS。本发明试验用的品种是聚丙烯颗粒。

①称重：聚丙烯颗粒1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液100克，加损耗10％，重量10克。根据容器大小确定损耗量。聚丙烯颗粒与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整。

②混合：将称重后的聚丙烯颗粒和纳米二氧化钛分散液放入混合机中混合均匀。没有混合机也可以放入容器中人工搅拌混合。

③烘干：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的聚丙烯颗粒进入烘干室烘干。没有烘干室也可以晾干，即得到负载纳米二氧化钛1‰的聚丙烯颗粒。

④包装：将烘干或晾干的纳米二氧化钛含量1‰聚丙烯颗粒按要求装入包装袋储存。

⑤应用：纳米二氧化钛塑料的用途广泛，可以制造塑料房瓦、人造草坪、塑料树、塑料花、垃圾箱、地毯、脚踏垫、塑料家具、厨具、家用电器外壳、电子产品外壳、穿戴用品、文化用品、塑料玩具等多种产品，这些产品负载了纳米二氧化钛，就可以起到去除有害气体，杀灭细菌病毒的作用。

本发明在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法有益效果是：

1、负载方法简单易行，具备初中文化水平的人就可以操作；

2、利用本发明的负载方法，中小企业可以在专业人才不足的情况下进行纳米二氧化钛负载，有利于光触媒产品推广普及；

3、二氧化钛是能够给人类带来健康的物质，可以在多种材料上负载，有了简易负载方法，健康事业就会迅速发展。减少细菌病毒在人类生活空间的数量，避免大规模细菌病毒流行病的发生；减少有害气体在人类生活空间的数量，早日终结空气污染给人类带来的灾难。

附图说明

图1为负载纳米二氧化钛硅胶颗粒；

图2为纳米二氧化钛硅胶水杯；

图3为喷涂纳米二氧化钛硅胶汽车踏垫；

图4为喷涂纳米二氧化钛硅胶室内踏垫；

图5为喷涂纳米二氧化钛硅胶室外人造草坪；

图6为纳米二氧化钛硅胶灯具；

图7为纳米二氧化钛硅胶防爆灯泡；

图8为负载纳米二氧化钛塑料颗粒；

图9为纳米二氧化钛塑料垃圾桶；

图10为纳米二氧化钛塑料家具。

具体实施方式

实施例一

在1公斤硅胶颗粒上负载纳米二氧化钛。

使用设备：

①真空搅拌机，上海越磁电子科技有限公司生产。

②立式鼓风干燥箱，上海巨胤环境试验设备有限公司生产。

负载工艺程序：

①备料多孔硅胶颗粒1000克，含量1％的纳米二氧化钛分散液110克。

②将称重后的多孔硅胶颗粒和纳米二氧化钛分散液放入真空搅拌机中，搅拌机低速旋转，每分钟30转，搅拌5分钟。

③将纳米二氧化钛分散液混合均匀的多孔硅胶颗粒进入干燥箱干燥。温度200℃，干燥时间90分钟。

④干燥后的纳米二氧化钛硅胶颗粒称重，重量达到1001克即为合格。

实施例二

在1公斤塑料颗粒上负载纳米二氧化钛。

使用设备：

①真空搅拌机，上海越磁电子科技有限公司生产。

②立式鼓风干燥箱，上海巨胤环境试验设备有限公司生产。

负载工艺程序：

①备料丙烯颗粒1000克，含量1％纳米二氧化钛分散液110克。

②将称重后的聚丙烯颗粒和纳米二氧化钛分散液放入真空搅拌机中，搅拌机低速旋转，每分钟30转，搅拌5分钟。

③将纳米二氧化钛分散液混合均匀的塑料颗粒进入干燥箱干燥。温度100℃，干燥时间120分钟。

④干燥后的纳米二氧化钛塑料颗粒称重，重量达到1001克即为合格。

Claims (3)

1.一种在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法，包括催化剂选择确定，载体选择确定，硅胶负载纳米二氧化钛简易方法的工艺，塑料负载纳米二氧化钛简易方法的工艺。

2.根据权利要求1所述的在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法，其特征在于，催化剂选择确定为纳米二氧化钛分散液，载体选择确定为硅胶和塑料，并不局限硅胶和塑料。

3.根据权利要求1所述的在多种载体上负载纳米二氧化钛的简易方法，其特征在于，按照不同载体分别制定负载纳米二氧化钛工艺：

(1)硅胶负载纳米二氧化钛：

第一种方式，硅胶颗粒负载方法：

①称重：多孔硅胶颗粒1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液100克，加损耗10％，重量10克；根据容器大小确定损耗量；多孔硅胶颗粒与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整；

②混合：将称重后的多孔硅胶颗粒和纳米二氧化钛分散液放入混合机中混合均匀，没有混合机也可以放入容器中人工搅拌混合；

③烘干：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的多孔硅胶颗粒进入烘干室烘干，没有烘干室也可以晾干，即得到负载纳米二氧化钛1‰的多孔硅胶颗粒；

④包装：将烘干或晾干的纳米二氧化钛含量1‰多孔硅胶颗粒按要求装入包装袋储存；

第二种方式，固体硅胶原料负载方法：

固体硅胶原料是一块整体，无法直接负载纳米二氧化钛，在硅胶加工过程中，需要在硅胶原料中添加白炭黑，白炭黑是粉状材料，可以利用白炭黑间接将纳米二氧化钛负载到固体硅胶原料上；

①称重：多孔硅胶原料1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液100克，加损耗10％，重量10克；根据容器大小确定损耗量；按照白炭黑的添加量称重白炭黑；多孔硅胶原料与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整；

②混合：将纳米二氧化钛分散液和白炭黑放入容器中混合，搅拌均匀；

③烘干：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的白炭黑进入烘干器烘干，没有烘干器也可以晾干；

④添加：将硅胶原料在硅胶压片机上碾压成片状，把混合纳米二氧化钛的白炭黑分数次撒在硅胶原料片上，边撒白炭黑边继续碾压硅胶原料，反复碾压，直至白炭黑完全融入硅胶原料为止；这时得到的是负载纳米二氧化钛1‰含量的多孔硅胶原料；

第三种方式，液体硅胶原料负载方法：

液体硅胶基本分成两大类：一类是官能团处于分子结构两端的称之为遥爪型液体硅胶；另一类是活性官能团在主链中呈无规分布，称为非遥爪型液体硅胶，也有极少既带中间官能团又带有端基官团的液体硅胶；这几类液体硅胶都可以负载纳米二氧化钛；

喷涂用纳米二氧化钛液体硅胶负载方法：

①称重：含量40％液体硅胶1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液1公斤；液体硅胶与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整；

②混合：将称重后的纳米二氧化钛分散液和液体硅胶放入搅拌器混合，没有搅拌器可以放到容器中混合，人工搅拌均匀；得到纳米二氧化钛含量5‰的纳米二氧化钛液体硅胶；

纳米二氧化钛液态硅橡胶负载方法：

液态硅胶包括液态硅橡胶，液态硅橡胶分成0度液态硅橡胶，5度液态硅橡胶，10度液态硅橡胶，15度液态硅橡胶，20度液态硅橡胶，25度液态硅橡胶，30度液态硅橡胶，40度液态硅橡胶，50度液态硅橡胶，60度液态硅橡胶，80度液态硅橡胶等多种规格；

①称重：40度液体硅橡胶1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液400克；液体硅橡胶与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整；

②混合：将称重后的纳米二氧化钛分散液和液体硅橡胶放入搅拌器混合，没有搅拌器可以放到容器中混合，人工搅拌均匀；

③蒸发：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的液体硅橡胶进入蒸发器蒸发，没有蒸发器也可以晾晒蒸发；直至液体硅橡胶称重1004克重量；即得到负载纳米二氧化钛4‰的40度液体硅橡胶；

(2)塑料负载纳米二氧化钛：载体通用塑料有五大品种，即聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯及ABS；

本发明试验用的品种是聚丙烯颗粒；

①称重：聚丙烯颗粒1公斤，含量1％的纳米二氧化钛分散液100克，加损耗10％，重量10克；根据容器大小确定损耗量；聚丙烯颗粒与纳米二氧化钛分散液的混合比例可以根据需要任意调整；

②混合：将称重后的聚丙烯颗粒和纳米二氧化钛分散液放入混合机中混合均匀，没有混合机也可以放入容器中人工搅拌混合；

③烘干：将纳米二氧化钛分散液混合均匀的聚丙烯颗粒进入烘干室烘干，没有烘干室也可以晾干，即得到负载纳米二氧化钛1‰的聚丙烯颗粒；

④包装：将烘干或晾干的纳米二氧化钛含量1‰聚丙烯颗粒按要求装入包装袋储存。