CN109930427A - 一种c3n4及其衍生物光催化壁纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种C3N4及其衍生物光催化壁纸及其制备方法，该C3N4及其衍生物光催化壁纸包括：基础层、连接层以及功能层；连接层设置在基础层和功能层之间，功能层内含有光催化材料，具有光催化活性。本发明实施例提供的C3N4及其衍生物光催化壁纸将光催化材料与室内墙面装饰常用的壁纸材料进行有机结合，具有稳定而且高效的光催化活性，便于在日常的室内装修装饰工程中使用，可以有效的提高光催化材料在室内空气净化时的实际应用效果。
Description
技术领域
本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及一种C3N4及其衍生物光催化壁纸及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，房屋或者室内装饰开始变得越来越复杂和豪华。在此过程中，会普遍使用油漆涂料、人造合成板和粘结剂等材料。
这些装修材料会释放大量挥发性有机物，造成室内空气污染，引起呼吸道疾病，甚至是肺部感染或者白血病等严重疾病。因此，如何有效的解决室内空气污染问题成为了人们关注的焦点，并由此涌现出了许多不同类型的净化和清洁技术。
在这些净化和清洁技术中，基于太阳能的光催化技术以其能耗低、环境友好等特点而受到了人们极大的关注。
光催化技术的原理是：一些特定的光催化材料可以在光照条件下被激发，产生的光生电子和光生空穴继而与空气中氧气和水分子反应形成氧化力极强的超氧自由基和羟基自由基。这些物质可以与甲醛、苯、TVOC等室内空气污染物和染料、有机氮、有机磷等液相有机污染物发生氧化还原反应，把有害气体污染物降解为无害物质，从而起到降解污染物的作用，实现净化空气的目的。
在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术中存在如下问题：现有的光催化材料在室内空气净化方面的应用效果并不理想。一方面，传统的光催化材料(如TiO2)需要使用紫外光激发，对于紫外光强度和光照条件都有特定的要求。这些紫外光长时间照射时会对人体健康造成影响和损害，无法长时间使用。
另一方面，光催化材料通常以粉末状或者块状形式存在。这些形态很难在室内空气净化中应用，容易发生聚集等现象，难以保持较长的空气净化时间和覆盖整个室内空间。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种C3N4及其衍生物光催化壁纸及其制备方法，旨在解决现有的光催化材料在室内空气净化过程中，实际应用效果不理想的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例第一方面提供一种C3N4及其衍生物光催化壁纸。其中，所述C3N4及其衍生物光催化壁纸包括基础层、连接层以及功能层；所述连接层设置在所述基础层和所述功能层之间，所述功能层内含有光催化材料，具有光催化活性。
可选地，按重量百分比计算，用于制作所述功能层的原料组分包括：
可选地，按重量百分比计算，用于制作所述功能层的原料组分包括：
可选地，按重量百分比计算，用于制作所述功能层的原料组分包括：
可选地，所述C3N4及其衍生物光催化材料选自：纳米非金属光催化材料、非金属掺杂光催化材料以及非金属复合光催化材料中的一种或者多种。
可选地，所述非金属掺杂光催化材料包括氮掺杂光催化材料以及碳掺杂光催化材料中一种或者多种，所述非金属复合光催化材料包括C3N4-石墨烯复合材料和C3N4-SiO2复合材料中的一种或者多种。
可选地，所述非金属光催化材料包括氮化碳和氮化硼。
可选地，所述基础层为壁纸原纸，所述壁纸原纸包括：PVC壁纸、纯纸壁纸、无纺布壁纸、织物面壁纸、硅藻土壁纸、天然材料面壁纸、云母片壁纸或者墙布。
可选地，所述水性树脂选自丙烯酸共聚物、纯丙烯酸聚合物、有机硅、聚四氟乙烯树脂、水性硅丙乳液、水性苯丙乳液、聚氨酯乳液、纤维素衍生物、改性油、改性聚丁二烯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂和有机氟树脂中的一种或者多种。
本发明实施例的第二方面还提供了一种C3N4及其衍生物光催化壁纸的制备方法。其中，所述方法包括如下步骤：
在去离子水中加入光催化材料和分散剂，均匀混合并研磨分散以制备光催化材料分散液；在去离子水中加入水性树脂、填料以及助剂，搅拌均匀以制备稀释溶液；将所述光催化材料分散液加入到所述稀释溶液，搅拌分散以制备壁纸涂料；将所述壁纸涂料印刷在壁纸原纸的表面；烘干所述壁纸涂料以制备所述C3N4及其衍生物光催化壁纸。
本发明实施例提供的C3N4及其衍生物光催化壁纸将光催化材料与室内墙面装饰常用的壁纸材料进行有机结合。其具有稳定而且高效的光催化活性，便于在日常的室内装修装饰工程中使用，可以有效的提高光催化材料在室内空气净化时的实际应用效果。
另外，该制备方法的条件温和、实现步骤简单，光催化活性优异，实现成本低廉，生产工艺简单可控，便于大规模工业化生产，具有广泛的应用前景。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件。除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明具体实施例的C3N4及其衍生物光催化壁纸的结构示意图；
图2为本发明具体实施例的C3N4及其衍生物光催化壁纸的制备方法的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中揭露的数值是近似值，而并非确定值。在误差或者实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。
本发明实施例中揭露的数值范围用于表示在混合物中组分的相对量以及其他方法实施例中列举的温度或者其他参数的范围。该数值范围内的一个或者多个数值点在适当的条件下取得。
壁纸是一种非常常用的室内墙面装饰材料。其具有印刷面和粘贴面，在使用时，撕开保护膜层，通过粘贴面将其粘贴在墙面以后，即可通过印刷面形成独特的质感和装修效果。其使用过程简单、便于操作，而且具有良好的使用效果因而在室内装修过程中备受人们的推崇和青睐。
本实施例提供了一种具有空气净化功能的壁纸。其在普通壁纸的基础之上，添加了额外的光催化功能涂层，使其具备光催化活性，可以持续并且有效进行空气净化。图1为本发明实施例提供的C3N4及其衍生物光催化壁纸的结构示意图。如图1所示，该C3N4及其衍生物光催化壁纸包括：基础层11、连接层 12以及功能层13。
其中，该基础层11是C3N4及其衍生物光催化壁纸的结构基础，作为基材使用。具体的，该基础层可以根据实际情况的需要，选择使用任何合适类型的壁纸原纸，包括但不限于PVC壁纸、纯纸壁纸、无纺布壁纸、织物面壁纸、硅藻土壁纸、天然材料面壁纸、云母片壁纸或者墙布。
该连接层12是设置在所述基础层和所述功能层之间的过渡连接结构。在一些实施例中，位于壁纸原纸表面的连接层还可以根据实际情况的需要，印刷有任何合适的图案或者图像，作为印刷层而起到装饰的效果。
该功能层13是位于C3N4及其衍生物光催化壁纸最外层的结构。其含有光催化材料用于实现C3N4及其衍生物光催化壁纸的室内空气净化功能。
具体的，技术人员可以根据实际情况的需要，在功能层中选用合适类型的光催化材料，包括但不限于纳米非金属光催化材料，非金属掺杂光催化材料，非金属复合光催化材料中一种或者多种。所述非金属掺杂光催化材料包括氮掺杂光催化材料以及碳掺杂光催化材料中的一种或者多种，所述非金属复合光催化材料包括C3N4-石墨烯复合材料和C3N4-SiO2复合材料中的一种或者多种
由于传统的光催化材料(如TiO2)紫外光来激发，且对紫外光强度和光照条件都有特别要求，而紫外光只占太阳光能量的4％左右，并且会对人体健康造成一定的损害，无法长时间的照射。
因此，在较佳的实施例中，选择使用具有可见光响应的光催化纳米材料，使得C3N4及其衍生物光催化壁纸可以保持稳定而且高效的光催化活性，空气污染物去除率更高(可见光(400～750nm)则占太阳光能量的43％)。
本发明实施例中，将C3N4及其衍生物光催化材料与壁纸相结合，获得具有空气净化功能的壁纸，符合市场和人们在室内装修中的使用需求，具有非常广阔的市场和应用前景。
在一些实施例中，该功能层作为壁纸原纸表面上的附加功能涂层，可以通过相应的涂料制作形成。按重量百分比计算，所述涂料可以包括如下的原料组分：
其中，水性树脂是环保性能良好的高分子聚合物，是形成完整涂层的基础物质。具体的，该水性树脂可以是任何合适类型，能够满足使用需求的树脂，例如丙烯酸共聚物、纯丙烯酸聚合物、有机硅、聚四氟乙烯树脂、水性硅丙乳液、水性苯丙乳液、聚氨酯乳液、纤维素衍生物、改性油、改性聚丁二烯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂或者有机氟树脂。
填料是加入到溶液中，用于遮光、染色或者调整加工性能等的固体颗粒物。在一些实施例中，所述填料可以根据实际情况的需要，选自钛白粉、高岭土、滑石粉、硅藻土、碳酸钙和二氧化硅中的一种或者多种。
溶剂是溶解上述原料组分，以形成涂料的液体成分。在本实施例中，可以选择使用去离子水作为溶剂。
助剂是加入到涂料内，基于物理或者化学作用，提升涂料的加工性能或者使用性能等的物质。在一些实施例中，所述助剂可以包括分散剂、稳定剂、消泡剂、增稠剂、交联剂等助剂。
具体的，所述分散剂可以为海藻酸盐(如海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵)、硅溶胶(如碱性硅溶胶、中性硅溶胶、酸性硅溶胶)、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠等。
图2为本发明实施例提供的，用于制备图1所示的C3N4及其衍生物光催化壁纸的制备方法的方法流程图。如图2所示，该制备方法包括如下步骤：
210、在去离子水中加入光催化材料和分散剂，混合并研磨分散以制备光催化材料分散液。
具体的，光催化材料可以在砂磨机或者球磨机上进行研磨，并在设定的转速(如1000-5000rpm)下高速分散以获得充分分散后的光催化材料分散液。具体的分散所需要的时间可以根据实际情况而确定，例如0.5-1.5小时。
光催化材料、分散剂和去离子水之间需要具有合适的比例以保证良好的分散效果。较佳的是,按照质量百分比计算，可以加入5-20％的光催化材料和2-8％的分散剂(余量为去离子水)以取得光催化材料浓度与良好分散性之间的平衡。
220、在去离子水中加入水性树脂、填料以及助剂，搅拌均匀以制备稀释溶液。
具体的，所述助剂可以包括流平剂、消泡剂以及增稠剂这几种。按照重量百分比计算，每种助剂的加入量可以为0.5％-1％之间。另外，水性树脂的加入量可以控制在10-55％。
230、将所述光催化材料分散液加入到所述稀释溶液，搅拌分散以制备壁纸涂料。
具体搅拌的时长可以由技术人员根据实际情况所确定，只需要能够满足充分分散的需要即可。一般的，可以将搅拌时长控制在1-2小时内。
240、将所述壁纸涂料印刷在壁纸原纸的表面。
对于充分分散后获得的壁纸涂料，可以采用现有任何合适的加工工艺使其能够均匀的印刷在壁纸原纸的表面，包括但不限于滚涂、喷涂以及涂布等。
另外，具体印刷的壁纸涂料的量也可以根据实际情况而进行相应的调整。较佳的，可以将壁纸涂料的印刷量可以在15g/m2。
250、烘干所述壁纸涂料以制备所述C3N4及其衍生物光催化壁纸。
在液态的壁纸涂料充分干燥完毕后，即可形成连接层和功能层这样的，具有光催化活性的功能涂层，完成C3N4及其衍生物光催化壁纸的制备。
本发明实施例提供的制备方法的反应条件温和，工艺简单，产品的光催化活性优异，成本低廉，生产工艺简单易控并且便于实现工业化生产，能够广泛用于空气净化领域，尤其是室内装饰装修领域。
基于图1所示的结构示意图和图2所示的制备方法，以下提供若干具体实例以详细说明本发明实施例提供的C3N4及其衍生物光催化壁纸及其制备方法。
实施例1：
1)按重量百分比计算，壁纸涂料的原料组成为：
2)制备过程：
首先，按照设定的质量百分比，在去离子水中加入光催化材料和分散剂并混合均匀，采用球磨机进行研磨，2000rpm下高速分散1小时后，制得光催化分散液。
其次，按照设定的质量百分比，在去离子水中，加入水性树脂、填料、成膜助剂、增稠剂、粘结剂并高速搅拌0.5小时后，获得稀释溶液。
再次，将光催化分散液加入稀释溶液中，快速搅拌1小时，使其充分分散，获得壁纸涂料。
最后，将壁纸涂料以喷涂方式印刷在壁纸原纸上并在120摄氏度下，烘干所述壁纸涂料以得到所述C3N4及其衍生物光催化壁纸。其中，喷涂方式以 15g/m2的量，将壁纸涂料涂覆在壁纸原纸的表面。
本发明实施例制备的壁纸因其优异的空气净化性能，适用于室内装修、装饰用品等领域。
实施例2：
1)按重量百分比计算，壁纸涂料的原料组成为：
2)制备过程：
首先，按照设定的质量百分比，在去离子水中加入光催化材料和分散剂，混合均匀后，采用球磨机进行研磨，3000rpm下高速分散1小时，制得光催化分散液。
其次，按照设定的质量百分比，在去离子水中，加入水性树脂、填料、成膜助剂、增稠剂、稳定剂并高速搅拌0.5小时后，获得稀释溶液。
再次，将光催化分散液加入稀释溶液中，快速搅拌1.5小时，使其充分分散，获得壁纸涂料。
最后，将壁纸涂料以浸渍方式均匀附加在壁纸原纸的表面，并在100摄氏度下，烘干所述壁纸涂料以得到所述C3N4及其衍生物光催化壁纸。其中，浸渍方式以10g/L的浓度，将壁纸涂料涂覆在壁纸原纸的表面。
实施例3：
1)按重量百分比计算，壁纸涂料的原料组成为：
2)制备过程：
首先，按照设定的质量百分比，在去离子水中加入光催化材料和分散剂，混合均匀后，采用球磨机进行研磨，5000rpm下高速分散1.5小时，制得光催化分散液。
其次，按照设定的质量百分比，在去离子水中，加入水性树脂、填料、成膜助剂、增稠剂、稳定剂以及粘结剂后，高速搅拌1小时以获得稀释溶液。
再次，将光催化分散液加入稀释溶液中，快速搅拌2小时，使其充分分散，获得壁纸涂料。
最后，将壁纸涂料以滚涂的方式均匀附加在壁纸原纸的表面，并在120摄氏度下，烘干所述壁纸涂料以得到所述C3N4及其衍生物光催化壁纸。其中，滚涂方式以20g/m2的量，将壁纸涂料涂覆在壁纸原纸的表面。
综上所述，本发明实施例提供的制备方法获得的光催化C3N4及其衍生物光催化壁纸都具有优异的光催化活性、良好的光化学稳定性和较高的热稳定性，利于在实际中的应用。而且其制备条件温和，简单，光催化活性优异，可实现大规模工业化生产，能够广泛用于空气净化领域。其将壁纸与光催化材料相结合，便于在装修过程中使用，从而很好的提高了光催化材料在室内空气清洁中的实际应用效果。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，所述C3N4及其衍生物光催化壁纸包括：基础层、连接层以及功能层；所述连接层设置在所述基础层和所述功能层之间，所述功能层内含有光催化材料。
2.根据权利要求1所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，按重量百分比计算，用于制作所述功能层的原料组分包括：
3.根据权利要求1所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，按重量百分比计算，用于制作所述功能层的原料组分包括：
4.根据权利要求1所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，按重量百分比计算，用于制作所述功能层的原料组分包括：
5.根据权利要求1-4任一项所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，所述C3N4及其衍生物光催化材料选自：纳米非金属光催化材料、非金属掺杂光催化材料以及非金属复合光催化材料中的一种或者多种。
6.根据权利要求5所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，所述非金属掺杂光催化材料包括氮掺杂光催化材料以及碳掺杂光催化材料中的一种或者多种，所述非金属复合光催化材料包括C3N4-石墨烯复合材料和C3N4-SiO2复合材料中的一种或者多种。
7.根据权利要求5所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，所述纳米非金属光催化材料包括氮化碳和氮化硼。
8.根据权利要求1所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，所述基础层为壁纸原纸，所述壁纸原纸包括：PVC壁纸、纯纸壁纸、无纺布壁纸、织物面壁纸、硅藻土壁纸、天然材料面壁纸、云母片壁纸或者墙布。
9.根据权利要求1所述的C3N4及其衍生物光催化壁纸，其特征在于，所述水性树脂选自丙烯酸共聚物、纯丙烯酸聚合物、有机硅、聚四氟乙烯树脂、水性硅丙乳液、水性苯丙乳液、聚氨酯乳液、纤维素衍生物、改性油、改性聚丁二烯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂以及有机氟树脂中的一种或者多种。
10.一种C3N4及其衍生物光催化壁纸的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在去离子水中加入光催化材料和分散剂，混合并研磨分散以制备光催化材料分散液；
在去离子水中加入水性树脂、填料以及助剂，搅拌制备稀释溶液；
将所述光催化材料分散液加入到所述稀释溶液，搅拌分散以制备壁纸涂料；
将所述壁纸涂料印刷在壁纸原纸的表面；
烘干所述壁纸涂料以制备所述C3N4及其衍生物光催化壁纸。
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