CN110975866B - 负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法、光触媒水性涂料及其制备方法 - Google Patents
负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法、光触媒水性涂料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法、光触媒水性涂料及其制备方法，所述负载贵金属纳米二氧化钛的制备方法，包括配置纳米二氧化钛水分散液及贵金属盐水溶液；将纳米二氧化钛水分散液加到搅拌下的贵金属盐水溶液中；在搅拌下再加入现配置的还原剂水溶液；离心分离、真空干燥，制得负载贵金属纳米二氧化钛；再放入煅烧炉内层；在所煅烧炉内层之外放置非金属源前体；对煅烧炉加热升温至350℃以下，并维持0.5～2h,然后自然冷却至室温，研磨后制得。所述制备方法制备工艺简单，适宜工业化规模生产；且所述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的光触媒水性涂料，可实现在宽可见光波段范围实现高催化效率、并提高成膜性、环保性和使用寿。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂及涂料技术领域，更具体而言，涉及一种负载贵金属纳米二氧化钛光催化剂及同时负载贵金属和非金属纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，以及含同时负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的光触媒水性涂料及其制备方法。
背景技术
人们对于舒适健康的人居环境的更高追求，促使科技工作者加快对室内、车内空气中的甲醛、VOCs、NOx、苯系等有机污染物具有降解作用以及异味去除效果的纳米光触媒产品的开发。
自1972年Fujishima和Honda在Nature期刊发表了关于在TiO2电极上光分解水的论文以来，众多学者围绕光化学的转化和合成，探索了多种具有光催化效果的金属氧化物纳米晶，并付诸大量工作来开发其高效制备工艺以及提高光催化的效率。
金属氧化物纳米晶溶胶材料普遍具有光催化效应，是一种能够把太阳能转化为化学能，实现有机物降解、空气净化、自清洁、抗菌等综合功能的节能、环保涂层材料。其中，纳米TiO2作为一种性能优异的光催化材料，可将许多有机物完全降解为CO2和H2O，且成本低廉，不造成二次污染，使其在废水处理、空气净化、杀菌以及自清洁和太阳能转化等方面有着十分诱人的前景。但是，纳米二氧化钛的能带带隙为3.2eV，只能利用波长小于385nm波段以下的紫外光，而通常太阳光中紫外光的能量只占整个光谱波段的4％，故纯二氧化钛对太阳光的利用率较低，仅能利用紫外光部分；贵金属纳米颗粒具有纳米材料所特有的量子效应、小尺寸效应以及表面效应等，如高效的化学催化活性、荧光、表面等离共振(Localizedsurface Plasmon Resonance,LSPR)等。近年来，利用贵金属纳米颗粒的表面等离共振效应(LSPR)来拓展宽金属氧化物的光吸收范围的报道层出不穷，尤以纳米二氧化钛负载贵金属的文献报道越来越多；此外，较高的电子-空穴复合率也限制了TiO2的实际应用。研究还表明，金属离子和非金属掺杂的TiO2不仅可将TiO2的吸收光区扩展至可见光区，而且合适的掺杂量能够抑制电子-空穴的复合，大大提高其光催化效率。
目前纳米晶体负载贵金属的方法主要有溶胶-凝胶法、光沉积法、浸渍-原位还原法等，但对纳米晶体的形貌、尺寸和在表面的均匀分布以及在一些体系中的分散稳定性等都较难控制；且将光催化剂与水性涂层材料相结合，制备具有光催化效果的水性涂料，具有很高的工业和市场价值。但是，光催化剂在水性涂料中分散性差，成膜后易聚集，被聚合物包覆后与有害物质接触困难；且对可见光响应波段范围窄，光催化机理单一，导致可见光催化效率低。
发明内容
为了解决上述问题或者问题之一，本发明提供了一种负载贵金属纳米二氧化钛的制备方法、同时负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法、以及对可见光响应的光触媒水性涂料及其制备方法，制备的同时负载贵金属和非金属纳米二氧化钛可用于水性涂料中，对可见光响应波段范围加宽，能够有效利用可见光、提高涂料的光催化效果和效率，克服现有技术的缺陷。
具体来说，本发明的一方面，提供了一种负载贵金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101，配置纳米二氧化钛水分散液，以及贵金属盐水溶液；
步骤102，将所述纳米二氧化钛水分散液加到搅拌下的所述贵金属盐水溶液中，搅拌1～3小时；
步骤103，在搅拌下再加入现配置的水溶性还原剂水溶液，即刻还原反应得到所述负载贵金属纳米二氧化钛；
步骤104，反应结束后，采用离心分离、真空干燥，制得所述负载贵金属纳米二氧化钛成品。
本发明提供的上述负载贵金属纳米二氧化钛的制备方法，是在水相中利用常规水溶性还原剂一步原位还原得到负载贵金属纳米二氧化钛的方法，而且不会发生团聚现象，纳米晶体的形貌、尺寸和在表面的均匀分布性好，在水体系中的分散稳定性好，且过程中无需高温、不使用任何添加剂，为一步法得到负载贵金属纳米二氧化钛的方法，制备工艺简单，适宜工业化规模生产，可克服现有技术的缺陷。
根据本发明所述的一个实施例，优选地，所述纳米二氧化钛为水分散型锐钛矿纳米二氧化钛；所述二氧化钛水分散液浓度为20～25g/L；所述贵金属盐水溶液浓度为0.5～1M；所述水溶性还原剂水溶液浓度为与所述贵金属盐水溶液等摩尔浓度。采用水分散型锐钛矿纳米二氧化钛表面原位还原负载贵金属纳米晶，首先可避免了使用有机溶剂介质，并可以随意控制贵金属的负载量；其次制备的载贵金属纳米二氧化钛仍能长期稳定分散在水中，作为一些水系添加剂，方便了应用。
进一步，优选地，所述贵金属包括金、铂、银、钌、铑、钯、铱；所述贵金属盐水溶液包括氯金酸，氯铂酸，硝酸银，以及钌、铑、钯、铱的氯酸盐、醋酸盐或硝酸盐水溶液。
再进一步，优选地，所述还原剂包括硼氢化钠或钾、抗坏血酸及其钠盐、氯化亚锡或次亚磷酸钠。
本发明的另一方面，提供了一种负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：
步骤201，取上述任一方案制得的所述负载贵金属纳米二氧化钛放入煅烧炉的内层；
步骤202，在所煅烧炉内层之外放置非金属前体，使所述非金属前体包裹在所述负载贵金属纳米二氧化钛外围，但与所述负载贵金属纳米二氧化钛不直接接触；
步骤203，对煅烧炉进行加热，以1～5℃/min的升温速率升温至 350℃以下，并维持0.5～2h,再自然冷却至室温；
步骤204，取出所述煅烧炉内层中的物品，研磨后制得所述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛成品。
本发明提供的上述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，可在负责贵金属纳米二氧化钛的基础上，再负载非金属元素(N、P、C、 S)，非金属元素可以取代TiO2晶格中的一部分氧原子，减少TiO2的禁带宽度，对可见光的吸收范围更宽，从而实现在宽可见光波段范围内实现高催化效率，实现本申请的发明目的。
根据本发明所述的负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法一个实施例，优选地，所述非金属前体包括氨源前体或磷源前体；所述氨源前体包括：可热分解产生氨气的尿素、双氰胺或三聚氰胺；所述磷源前体包括：可热解放出磷化氢的次磷酸和亚磷酸混合酸、金属磷化物。N或P掺杂TiO2薄膜的透射度比起稀土元素掺杂的TiO2要低10％，禁带宽度也变低，使吸收光谱更宽。
进一步，优选地，所述贵金属和非金属重量比为(0.5～2)：1。合适的贵金属和非金属的掺杂量，能够抑制电子-空穴的复合，大大提高其光催化效率。
本发明的第三方面，提供了光触媒水性涂料，所述光触媒水性涂料包含的组分及组分的重量含量为：
其中，所述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛为采用上述任一方案所述的制备方法制得。
本发明提供的上述光触媒水性涂料，采用载体材料，可将纳米TiO2 粒子插入到具有层状结构或具有隧道结构的载体材料上，即将TiO2负载在这些载体上，既可以解决TiO2容易团聚失活的问题，也可以增大TiO2 的有效表面积，提高光催化降解速率；在TiO2上负载贵金属，可改变体系中的电子分布状态,从而实现对半导体的修饰，贵金属沉积于TiO2表面后会形成纳米级的原子簇，由于贵金属的费米能级低于TiO2的费米能级，当二者接触时，TiO2中的电子必定自动地移向贵金属，直至两者的费米能级相等，从而在其界面形成了一个空间电荷层。其中贵金属带有负电,TiO2带有正电，这相当于在TiO2的表面构成了一个光化学电池，从而使光催化反应能够顺利得以进行。而用非金属元素进行掺杂可以取代 TiO2晶格中的一部分氧原子，减少TiO2的禁带宽度，负载金属和非金属后的TiO2对可见光的吸收范围更宽、可对可见光进行响应，从而实现在宽可见光波段范围内实现高催化效率；选用化学性质稳定好、耐老化的聚丙烯酸酯水性树脂乳液，则因丙烯酸酯共聚物主链为饱和结构、侧链为极性酯基，故聚丙烯酸酯涂料具有优异的耐老化性、优异的“呼吸性”、对各种基材的粘附性、优异的保光、保色性以及对潮湿环境的适应性，且丙烯酸酯类单体种类多，玻璃化转变温度选择性宽。大大提高了该水性涂料的成膜性、光催化效率、环保性和使用寿命。
根据本发明所述的光触媒水性涂料一个实施例，优选地，所述载体为硅胶、蒙脱土、硅藻土、氧化铝或空心玻璃珠。将TiO2负载在这些载体上，可解决TiO2容易团聚失活的问题。
本发明的第四方面，提供了一种光触媒水性涂料的制备方法，将同时负载贵金属和非金属纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯乳液、载体、成膜助剂、分散剂、稳定剂、润湿剂混合，经过转速2500～5500r/min高速分散 0.5～2h，制得预分散乳液；将防霉剂、消泡剂、流平剂、增稠剂加入去离子水中，并经800～1200r/min转速搅拌0.5～2h后，将所述预分散乳液慢慢加入，并低速100～500r/min搅拌0.5～1h，制得可对可见光响应的所述光触媒水性涂料。
采用本发明上述的光触媒水性涂料的制备方法制得的水性涂料，具有成膜性好、光催化效率高、绿色环保和使用寿命长的优点，克服了现有水性涂料的缺陷、实现了本发明的目的。
根据本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面对本发明的具体实施方式进行说明。但是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明一方面的一些实施例，提供了一种负载贵金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101，配置纳米二氧化钛水分散液，以及贵金属盐水溶液；
步骤102，将所述纳米二氧化钛水分散液加到搅拌下的所述贵金属盐水溶液中，搅拌1～3小时；
步骤103，在搅拌下再加入现配置的水溶性还原剂水溶液，即刻还原反应得到所述负载贵金属纳米二氧化钛；
步骤104，反应结束后，采用离心分离、真空干燥，制得所述负载贵金属纳米二氧化钛成品。
本发明提供的上述负载贵金属纳米二氧化钛的制备方法，是在水相中利用常规水溶性还原剂一步原位还原得到负载贵金属纳米二氧化钛的方法，而且不会发生团聚现象，纳米晶体的形貌、尺寸和在表面的均匀分布性好，在水体系中的分散稳定性好，且过程中无需高温、不使用任何添加剂，为一步法得到负载贵金属纳米二氧化钛的方法，制备工艺简单，适宜工业化规模生产，可克服现有技术的缺陷。
根据本发明所述负载贵金属纳米二氧化钛的制备方法的另一些实施例，优选地，所述纳米二氧化钛为水分散型锐钛矿纳米二氧化钛；所述二氧化钛水分散液浓度为20～25g/L；所述贵金属盐水溶液浓度为0.5～1M；所述水溶性还原剂水溶液浓度为与所述贵金属盐水溶液等摩尔浓度。采用水分散型锐钛矿纳米二氧化钛表面原位还原负载贵金属纳米晶，首先可避免了使用有机溶剂介质，并可以随意控制贵金属的负载量；其次制备的载贵金属纳米二氧化钛仍能长期稳定分散在水中，作为一些水系添加剂，方便了应用。
进一步，优选地，所述贵金属包括金、铂、银、钌、铑、钯、铱；所述贵金属盐水溶液包括氯金酸，氯铂酸，硝酸银，以及钌、铑、钯、铱的氯酸盐、醋酸盐或硝酸盐水溶液。
再进一步，优选地，所述还原剂包括硼氢化钠或钾、抗坏血酸及其钠盐、氯化亚锡或次亚磷酸钠。
本发明另一方面的一些实施例，提供了一种负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：
步骤201，取上述任一实施例制得的所述负载贵金属纳米二氧化钛放入煅烧炉的内层；
步骤202，在所煅烧炉内层之外放置非金属前体，使所述非金属前体包裹在所述负载贵金属纳米二氧化钛外围，但与所述负载贵金属纳米二氧化钛不直接接触；
步骤203，对煅烧炉进行加热，以1～5℃/min的升温速率升温至 350℃以下，并维持0.5～2h,再自然冷却至室温；
步骤204，取出所述煅烧炉内层中的物品，研磨后制得所述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛成品。
本发明提供的上述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，可在负责贵金属纳米二氧化钛的基础上，再负载非金属元素(N、P、C、 S)，非金属元素可以取代TiO2晶格中的一部分氧原子，减少TiO2的禁带宽度，对可见光的吸收范围更宽，从而实现在宽可见光波段范围内实现高催化效率，实现本申请的发明目的。
根据本发明所述的负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法另一些实施例，优选地，所述非金属前体包括氨源前体或磷源前体；所述氨源前体包括：可热分解产生氨气的尿素、双氰胺或三聚氰胺；所述磷源前体包括：可热解放出磷化氢的次磷酸和亚磷酸混合酸、金属磷化物。N或P 掺杂TiO2薄膜的透射度比起稀土元素掺杂的TiO2要低10％，禁度宽带也变低，使吸收光谱更宽。
进一步，优选地，所述贵金属和非金属重量比为(0.5～2)：1。合适的贵金属和非金属的掺杂量，能够抑制电子-空穴的复合，大大提高其光催化效率。
本发明第三方面的一些实施例，提供了光触媒水性涂料，所述光触媒水性涂料包含的组分及组分的重量含量为：
其中，所述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛为采用上述任一实施例所述的制备方法制得。
本发明提供的上述光触媒水性涂料，采用载体材料，可将纳米TiO2 粒子插入到具有层状结构或具有隧道结构的载体材料上，即将TiO2负载在这些载体上，既可以解决TiO2容易团聚失活的问题，也可以增大TiO2 的有效表面积，提高光催化降解速率；在TiO2上负载贵金属，可改变体系中的电子分布状态,从而实现对半导体的修饰，贵金属沉积于TiO2表面后会形成纳米级的原子簇，由于贵金属的费米能级低于TiO2的费米能级，当二者接触时，TiO2中的电子必定自动地移向贵金属，直至两者的费米能级相等，从而在其界面形成了一个空间电荷层。其中贵金属带有负电,TiO2带有正电，这相当于在TiO2的表面构成了一个光化学电池，从而使光催化反应能够顺利得以进行。而用非金属元素进行掺杂可以取代 TiO2晶格中的一部分氧原子，减少TiO2的禁带宽度，负载金属和非金属后的TiO2对可见光的吸收范围更宽、可对可见光进行响应，从而实现在宽可见光波段范围内实现高催化效率；选用化学性质稳定好、耐老化的聚丙烯酸酯水性树脂乳液，则因丙烯酸酯共聚物主链为饱和结构、侧链为极性酯基，故聚丙烯酸酯涂料具有优异的耐老化性、优异的“呼吸性”、对各种基材的粘附性、优异的保光、保色性以及对潮湿环境的适应性，且丙烯酸酯类单体种类多，玻璃化转变温度选择性宽。大大提高了该水性涂料的成膜性、光催化效率、环保性和使用寿命。
根据本发明所述的光触媒水性涂料另一些实施例，优选地，所述载体为硅胶、蒙脱土、硅藻土、氧化铝或空心玻璃珠。将TiO2负载在这些载体上，可解决TiO2容易团聚失活的问题。
本发明第四方面的一些实施例，提供了一种光触媒水性涂料的制备方法，将同时负载贵金属和非金属纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯乳液、载体、成膜助剂、分散剂、稳定剂、润湿剂混合，经过转速2500～5500r/min高速分散0.5～2h，制得预分散乳液；将防霉剂、消泡剂、流平剂、增稠剂加入去离子水中，并经800～1200r/min转速搅拌0.5～2h后，将所述预分散乳液慢慢加入，并低速100～500r/min搅拌0.5～1h，制得可对可见光响应的所述光触媒水性涂料。
采用本发明上述的光触媒水性涂料的制备方法制得的水性涂料，具有成膜性好、光催化效率高、绿色环保和使用寿命长的优点，克服了现有水性涂料的缺陷、实现了本发明的目的。
下面结合本发明的具体实施对本发明进行详细说明：
实施例1.1：
首先，配制20g/L的纳米锐钛矿二氧化钛去离子水分散液，采用剧烈搅拌或超声分散加速悬浮分散，直至呈现无颗粒沉淀的淡蓝色水分散液；配置浓度为0.8M的氯金酸水溶液；
其次，将所述浓度为0.8M的氯金酸水溶液25mL缓慢加入上述5L纳米二氧化钛水分散液中，并持续缓慢搅拌1～3h，得到混合液；
然后，将30mL现配的浓度为0.8M的硼氢化钠水溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，溶液颜色由淡蓝色迅速变为红色或紫红色(对应纳米晶的尺寸和形貌不同而对应红色或紫色)，
最后，反应结束后，以10000r/min～12000r/min的转速离心分离上述混合液10min，80℃真空干燥3h，制得负载金的二氧化钛催化剂。
实施例1.2：
首先，配制25g/L的纳米锐钛矿二氧化钛去离子水分散液，采用剧烈搅拌或超声分散加速悬浮分散，直至呈现无颗粒沉淀的淡蓝色水分散液；配置浓度为0.5M的氯铂酸水溶液；
其次，将所述浓度为0.5M的氯铂酸水溶液25mL缓慢加入上述5L纳米二氧化钛水分散液中，并持续缓慢搅拌1～3h，得到混合液；
然后，将30mL现配的浓度为0.5M的硼氢化钠水溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，溶液颜色由淡蓝色迅速变为暗黑色；
最后，反应结束，以10000r/min～12000r/min的转速离心分离上述混合液10min，80℃真空干燥3h，制得负载铂的二氧化钛催化剂。
实施例1.3：
首先，配制23g/L的纳米锐钛矿二氧化钛去离子水分散液，采用剧烈搅拌或超声分散加速悬浮分散，直至呈现无颗粒沉淀的淡蓝色水分散液；配置浓度为1M的硝酸银水溶液
其次，将所述浓度为1M的硝酸银水溶液20mL缓慢加入上述5L纳米二氧化钛水分散液中，并持续缓慢搅拌1～3h，得到混合液；
然后，将30mL现配的浓度为1M的硼氢化钠水溶液缓慢滴加到上述混合溶液中，溶液颜色由淡蓝色迅速变为黄色；
最后，反应结束后，以10000r/min～12000r/min的转速离心分离上述混合液10min，80℃真空干燥3h，制得负载银的二氧化钛催化剂。
实施例2.1：
首先，取100g实施例1.1得到的负载金纳米二氧化钛平铺在双层煅烧炉的内层；
其次，在所述煅烧炉的外层放置足量(约200g)的尿素，所述尿素与所述负载金纳米二氧化钛不直接接触；
然后，对煅烧炉进行加热，以1～5℃/min的升温速率升温至350℃，并在350℃维持2h,自然冷却至室温；
最后，取出所述煅烧炉内层的物品进行研磨，即得同时负载贵金属Au 及非金属N的纳米二氧化钛。
对制得的负载贵金属Au及非金属N的纳米二氧化钛进行元素分析测试，测得贵金属Au含量为1.06％，非金属N的含量为1.96％。
实施例2.2：
首先，取100g实施例1.2得到的负载铂纳米二氧化钛平铺在双层煅烧炉的内层；
其次，在所述煅烧炉的外层放置足量(约200g)的次磷酸和亚磷酸混合酸，所述次磷酸和亚磷酸混合酸与所述负载铂纳米二氧化钛不直接接触；
然后，对煅烧炉进行加热，以1～5℃/min的升温速率升温至250℃，并在250℃维持1h,自然冷却至室温；
最后，取出所述煅烧炉内层的物品进行研磨，即得同时负载贵金属Pt及非金属P的纳米二氧化钛。
对制得的负载贵金属Pt及非金属P的纳米二氧化钛进行元素分析测试，测得贵金属Pt含量为1.01％，非金属P的含量为1.00％。
实施例2.3：
首先，取100g实施例1.3得到的负载银纳米二氧化钛平铺在双层煅烧炉的内层；
其次，在所述煅烧炉的外层放置足量(约200g)的双氰胺，所述双氰胺与所述负载银纳米二氧化钛不直接接触；
然后，对煅烧炉进行加热，以1～5℃/min的升温速率升温至220℃，并在220℃维持1h,自然冷却至室温；
最后，取出所述煅烧炉内层的物品进行研磨，即得同时负载贵金属Ag 及非金属N的纳米二氧化钛。
对制得的负载贵金属Ag及非金属N的纳米二氧化钛进行元素分析测试，测得贵金属Ag含量为1.63％，非金属N的含量为0.87％。
实施例3.1：
取实施例2.1制得的同时负载贵金属Au及非金属N的纳米二氧化钛 0.5％、聚丙烯酸酯乳液40％、硅胶15％、成膜助剂2％、分散剂0.5％、稳定剂1％、润湿剂0.2％混合，经过研磨机转速为3000r/min分散0.5h，制得预分散乳液
其次，将防霉剂1％、消泡剂1.5％、流平剂1.5％、增稠剂2％加入34.8％的去离子水中，并以500r/min搅拌0.5h后，将上述预分散乳液慢慢加入，并以100r/min搅拌0.5h，制得对可见光响应的光触媒水性涂料。
对以上制得的光触媒水性涂料的空气净化效果进行测试：
将上述涂料样品喷涂在尺寸为160mm×160mm的石棉纤维水泥板上，涂层厚度约为200μm，并在湿度为50％、温度为25℃的环境中养护72h。在尺寸为500mm× 500m×500mm的密封避光气候箱中分别模拟甲醛、苯和TVOC的污染浓度为200μg /L、150和300μg/L的环境，通过微量采样泵对气候箱中的空气进行取样，并采用气相色谱法确定降解过程中的气体含量变化。首先将养护好的待测样品固定在升降台上，调整样品表面与光源的距离为200mm，关闭气候箱盖并密封，底部气压平衡口连接至水箱，以保持采样时气候箱内的气压与污染气体浓度，开启对流风机，保持气候箱内各处气体浓度相等，通入污染气体至起始浓度后关闭进气口，打开紫外灯电源，开始光催化降解过程。所述紫外灯光源为氙灯光源、功率为9W、波长为460～780nm。采用国标JC/T 1074-2008测上述涂层对甲醛、苯和TVOC的降解率，空气净化测试结果如以下表1和表 2所示：
表1净化性能
表2净化效果持久性
通过以上测试，可以看出实施例3.1制得的光触媒水性涂料，对空气的净化效果非常好，在宽可见光波段范围内提高了光催化降解速率、可实现高催化效率。
实施例3.2：
取实施例2.2制得的同时负载贵金属Pt及非金属P的纳米二氧化钛 1.5.％、聚丙烯酸酯乳液30％、蒙脱土25％、成膜助剂1％、分散剂1％、稳定剂1.5％、润湿剂1％混合，经过研磨机转速为5000r/min分散2h，制得预分散乳液
其次，将防霉剂0.5％、消泡剂1％、流平剂0.5％、增稠剂1％加入36％的去离子水中，并以1000r/min搅拌2h后，将上述预分散乳液慢慢加入，并以500r/min搅拌1h，制得对可见光响应的光触媒水性涂料。
对本实施例制得的光触媒水性涂料也进行实施例3.1所述的空间净化测试，得到与实施例3.1基本相同的测试结果。
实施例3.3：
取实施例2.3制得的同时负载贵金属Ag及非金属N的纳米二氧化钛 1.％、聚丙烯酸酯乳液35％、蒙脱土20％、成膜助剂1.5％、分散剂0.8％、稳定剂1.2％、润湿剂0.6％混合，经过研磨机转速为4000r/min分散1.2h，制得预分散乳液
其次，将防霉剂0.8％、消泡剂1.2％、流平剂1％、增稠剂1.5％加入 35.4％的去离子水中，并以1000r/min搅拌1.2h后，将上述预分散乳液慢慢加入，并以300r/min搅拌0.8h，制得对可见光响应的光触媒水性涂料。
对本实施例制得的光触媒水性涂料也进行实施例3.1所述的空间净化测试，得到与实施例3.1基本相同的测试结果。
从以上实施例可以看出，本发明给出的光触媒水性涂料，因使用水性聚丙烯酸酯树脂乳液，可使涂料具有优异的耐老化性、优异的“呼吸性”、对各种基材的粘附性、优异的保光、保色性以及对潮湿环境的适应性；因使用载体材料，可以解决TiO2容易团聚失活的问题，可以增大TiO2的有效表面积、提高光催化降解速率；还因含负载贵金属和非金属纳米二氧化钛光催化剂，可对可见光进行响应、实现在宽可见光波段范围内高催化效率。从而大大提高了该水性涂料的成膜性、光催化效率、环保性和使用寿命，实现本申请的发明目的。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101，配制纳米二氧化钛水分散液，以及贵金属盐水溶液；
步骤102，将所述纳米二氧化钛水分散液加到搅拌下的所述贵金属盐水溶液中，搅拌1～3小时；
步骤103，在搅拌下再加入现配制的水溶性还原剂水溶液，即刻还原反应得到所述负载贵金属纳米二氧化钛；
步骤104，反应结束后，采用离心分离、真空干燥，制得所述负载贵金属纳米二氧化钛成品；
步骤201，取步骤104制得的所述负载贵金属纳米二氧化钛放入煅烧炉的内层；
步骤202，在所煅烧炉内层之外放置非金属前体，使所述非金属前体包裹在所述负载贵金属纳米二氧化钛外围，但与所述负载贵金属纳米二氧化钛不直接接触；
步骤203，对煅烧炉进行加热，以1～5℃/min的升温速率升温至350℃以下，并维持0.5～2h,再自然冷却至室温；
步骤204，取出所述煅烧炉内层中的物品，研磨后制得所述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛成品。
2.根据权利要求1所述的负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，
所述纳米二氧化钛为水分散型锐钛矿纳米二氧化钛；
所述二氧化钛水分散液浓度为20～25g/L；
所述水溶性还原剂水溶液浓度为与所述贵金属盐水溶液等摩尔浓度。
3.根据权利要求1所述的负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，
所述贵金属包括金、铂、银、钌、铑、钯、铱中的一种；
所述贵金属盐水溶液包括氯金酸，氯铂酸，硝酸银，钌、铑、钯、铱的氯酸盐、醋酸盐或硝酸盐水溶液中的一种。
4.根据权利要求1所述的负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，
所述还原剂包括硼氢化钠或钾、抗坏血酸及其钠盐、氯化亚锡或次亚磷酸钠中的一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，
所述非金属前体包括氨源前体或磷源前体；
所述氨源前体包括：可热分解产生氨气的尿素、双氰胺或三聚氰胺；
所述磷源前体包括：可热解放出磷化氢的次磷酸和亚磷酸混合酸或金属磷化物。
6.根据权利要求5所述的负载贵金属和非金属纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，
所述贵金属和非金属重量比为（0.5 ～2)：1。
7.一种光触媒水性涂料，其特征在于，所述光触媒水性涂料包含的组分及组分的重量含量为：
聚丙烯酸酯乳液 30～40%
负载贵金属和非金属纳米二氧化钛 0.5～1.5%
载体 15～25%
成膜助剂 1～2%
分散剂 0.5～1%
润湿剂 0.2～1%
消泡剂 1～1.5%
增稠剂 1～2%
流平剂 0.5～1.5%
稳定剂 1～1.5%
防霉剂 0.5～1%
去离子水 25～40%
其中，所述负载贵金属和非金属纳米二氧化钛为采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制得。
8.根据权利要求7所述的光触媒水性涂料，其特征在于，
所述载体为硅胶、蒙脱土、硅藻土、氧化铝或空心玻璃珠。
9.权利要求7或8所述的光触媒水性涂料的制备方法，其特征在于：
将聚丙烯酸酯乳液、负载贵金属和非金属纳米二氧化钛、载体、成膜助剂、分散剂、稳定剂、润湿剂混合，经过转速2500～5500r/min高速分散0.5～2h，制得预分散乳液；将防霉剂、消泡剂、流平剂、增稠剂加入去离子水中，并经800～1200r/min转速搅拌0.5～2h后，将所述预分散乳液慢慢加入，并低速100～500r/min搅拌0.5～1h，制得所述光触媒水性涂料。
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