CN111410912A - 一种高效光催化涂料及其降醛处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种高效光催化涂料及其降醛处理方法,包括主涂料、水性溶胶,所述水性溶胶包括g‑C3N4/TiO2粉体,且所述g‑C3N4/TiO2粉体的添加量占该种高效光催化涂料总质量的2~5%。;并在波长为400~800nm的可见光下照射10~12h,处理室内的气体流速为0.1~0.3m/s。通过在锐钛矿型TiO2中掺杂g‑C3N4(类石墨相氮化碳),从而提高了TiO2的可见光催化性能,使添加有g‑C3N4/TiO2粉体的涂料能够在可见光照射的条件下,降低木质产品中或室内空气中的甲醛。
Description
技术领域
本申请涉及涂装材料技术领域,具体涉及一种高效光催化涂料,本发明同时还涉及利用了该种光催化涂料的降醛处理方法。
背景技术
锐钛矿型TiO2(纳米二氧化钛)是一种光催化剂,其在紫外光照射下,能够与表面吸附的水或者有机物发生氧化还原反应,因而被广泛应用于水体或空气净化等技术领 域。
现有技术中,具有将TiO2掺于木质产品的涂料中的技术方案,以期能够利用涂层在 一定程度上实现木质产品中、室内空气中的甲醛的净化处理作用。然而,受限于锐钛 矿型TiO2的禁带宽度,吸收波段不在可见光范围内,从而TiO2在实际使用和操作中具有 局限性,使得前述的技术方案不具有可操作性。
发明内容
本发明的第一个技术目的旨在克服上述技术问题,从而提供一种高效的光催化涂料,其通过在锐钛矿型TiO2中掺杂g-C3N4(类石墨相氮化碳),从而提高了TiO2的可 见光催化性能,使添加有g-C3N4/TiO2粉体的涂料能够在可见光照射的条件下,降低木 质产品中或室内空气中的甲醛。本发明的第二个技术目的旨在提供利用了该种高效光 催化涂料的降醛处理方法。
为实现上述第一个技术目的,本发明提供了一种高效光催化涂料,包括主涂料、水性溶胶,所述水性溶胶包括g-C3N4/TiO2粉体,且所述g-C3N4/TiO2粉体的添加量占 该种高效光催化涂料总质量的2~5%。
借由上述产品,通过在锐钛矿型TiO2中掺杂g-C3N4(类石墨相氮化碳),能够较 为有效地提高TiO2在可见光照射条件下的催化性能;并通过水性溶胶的形式将含量为 2~5%的g-C3N4/TiO2粉体添加至涂料中,从而使涂覆于木质产品表面的涂料能够在可见 光照射的条件下,降低木质产品中或室内空气中的甲醛。
作为一种优选的技术方案,所述g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为(6.5~9.5):(1~3.5)。
作为一种优选的技术方案,所述水性溶胶包括g-C3N4/TiO2粉体、去离子水、分散剂、成膜助剂、硅丙乳液。
作为一种优选的技术方案,所述水性溶胶中的成分配比为:
作为一种优选的技术方案,所述g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为(8.5~9.5):(1~1.5)。
作为一种优选的技术方案,所述水性溶胶包括g-C3N4/TiO2粉体、去离子水、分散剂、成膜助剂、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂。
作为一种优选的技术方案,所述水性溶胶中的成分配比为:
作为一种优选的技术方案,所述g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为(6.5~7.5):(3~3.5)。
为实现上述第二个技术目的,本发明同时提供了一种利用了该种高效光催化涂料的降醛处理方法,在单波长为250~365nm的紫外光下照射6~8h,处理室内的气体流速 为0.1~0.3m/s。
为实现上述第二个技术目的,本发明同时提供了一种利用了该种高效光催化涂料的降醛处理方法,在波长为400~800nm的可见光下照射10~12h,处理室内的气体流速 为0.1~0.3m/s。
综上所述,本申请技术方案的一种高效的光催化涂料及其降醛处理方法,能够实现添加有TiO2光催化剂的涂料仅在可见光照射的条件下,实现对木质产品中或室内空 气中的甲醛的净化处理作用,提高了产品的应用范围,并降低了其应用的成本。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施 例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出 创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
实施例1:本实施例提供了一种高效光催化涂料,包括主涂料、水性溶胶。其中, 水性溶胶包括以下质量百分比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为9:1。并且,使用 的分散剂为聚丙烯酸钠,成膜助剂为Texanol脂醇;去离子水、硅丙乳液为市售获得; 其他为增稠剂等辅助成分。
以制作200g水性溶胶为例,本实施例的高效光催化涂料的制作方法为:
步骤1、将三聚氰胺原料煅烧后得到g-C3N4粉体;
步骤2、取TiO2粉体与g-C3N4粉体,研磨后加入去离子水,搅拌后,干燥,得到 g-C3N4/TiO2粉体;
步骤3、将去离子水、分散剂、成膜助剂混合后,加入g-C3N4/TiO2粉体,搅拌分散,得到水性胶体;继续向该水性胶体中加入硅丙乳液,得到水性溶胶;
步骤4、将制得的水性溶胶与主涂料搅拌混合。
具体来说是:
步骤1、将市售三聚氰胺原料在马弗炉550℃中煅烧3h后得到g-C3N4粉体;
步骤2、取前述质量比的TiO2粉体与g-C3N4粉体,研磨后加入约100g的去离子水,磁力搅拌30min、超声60min、继续搅拌30min后,置于90℃鼓风干燥箱中干燥12h,得 到g-C3N4/TiO2粉体;
步骤3、将上表所示的投放量的去离子水、分散剂(聚丙烯酸钠)、成膜助剂(Texanol 脂醇)依次加入三口烧瓶中,均匀搅拌5min后,缓慢加入g-C3N4/TiO2粉体,在2000r/min 的转速下搅拌分散45min,得到水性胶体;继续向该水性胶体中加入硅丙乳液,得到前 述的水性溶胶;
步骤4、将制得的水性溶胶与主涂料低速搅拌混合。
在本实施例中,主涂料为普通市售木蜡油。水性溶胶与主涂料的添加质量比约为5:3,从而在本实施例中,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量 占比约为5%。
现有技术中,通常采用将三聚氰胺与TiO2粉体混合煅烧后制取g-C3N4/TiO2粉体。在本实施例的步骤1和步骤2中,采用先煅烧制取g-C3N4粉体后,再将g-C3N4粉体与TiO2粉体混合制取g-C3N4/TiO2粉体,从而与现有技术的g-C3N4/TiO2粉体制取方法相比, 能够较为有效地避免煅烧过程中三聚氰胺向g-C3N4粉体转化的转化率不可控的问题,两 种催化剂在制备过程中不相互干涉,从而得到配比精准的g-C3N4/TiO2粉体。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工辊涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组1和试验组7。对试验组1按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组7按照降醛方法二 进行降醛处理。
降醛方法一为:将5块试件分别放置于5个体积为1m3的处理箱中,处理箱内温度控制为25℃,静置24h后读取初始浓度;对处理箱内的空间进行8h的单波长为250~365nm 的紫外光下照射,并保持处理室内的气体流速为0.3m/s,利用甲醛传感器测定并记录每 2小时的处理箱内的甲醛浓度,取5块试件的检测平均值作为该试验组的检测结果。降 醛方法二为:将5块试件分别放置于5个体积为1m3的处理箱中,处理箱内温度控制为 25℃,静置24h后读取初始浓度;对处理箱内的空间进行12h的波长为400~800nm的可见 光下照射,并保持处理室内的气体流速为0.3m/s,利用甲醛传感器测定并记录每2小时 的处理箱内的甲醛浓度,取5块试件的检测平均值作为该试验组的检测结果。
实施例2:实施例2与实施例1的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为9.5:1.5。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为1:1,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为4%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工辊涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组2和试验组8。对试验组2按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组8按照降醛方法二 进行降醛处理。
实施例3:实施例3与实施例1的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为9:1.5。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为2:3,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为3%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工辊涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组3和试验组9。对试验组3按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组9按照降醛方法二 进行降醛处理。
实施例4:实施例4与实施例1的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为8.5:1。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为1:3,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为2%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工辊涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组4和试验组10。对试验组4按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组10按照降醛方法 二进行降醛处理。
实施例5:实施例5与实施例1的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为8:2。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为2:3,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为3%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工辊涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组5和试验组11。对试验组5按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组11按照降醛方法二 进行降醛处理。
实施例6:实施例6与实施例1的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为7:3。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为5:3,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为5%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工辊涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组6和试验组12。对试验组6按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组12按照降醛方法 二进行降醛处理。
对照组1作为实施例1至实施例6中的试验组1至试验组6的对照实验组别;对照组2作为实施例1至实施例6中的试验组7至试验组12的对照实验组别。对照组1、对照组2的 光催化涂料包括主涂料、水性溶胶。其中,水性溶胶包括以下质量比的成分:
在对照组1和对照组2中,主涂料为普通市售木蜡油。水性溶胶与主涂料的添加质量比为5:3,从而在对照组1和对照组2中,g-C3N4粉体的质量占比为5%。
将利用上述配方与制作方法制得的对照组1和对照组2的光催化涂料以手工辊涂的 方式涂布于市售多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块。 对对照组1按照降醛方法一进行降醛处理,对对照组2按照降醛方法二进行降醛处理。
实施例7:本实施例提供了一种高效光催化涂料,包括主涂料、水性溶胶。其中, 水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为7:3。并且,使用 的分散剂为聚丙烯酸钠,成膜助剂为Texanol脂醇;去离子水、甲醚化三聚氰胺甲醛树 脂为市售获得;其他为增稠剂等辅助成分。
以制作200g水性溶胶为例,本实施例的高效光催化涂料的制作方法为:
步骤1、将三聚氰胺原料煅烧后得到g-C3N4粉体;
步骤2、取TiO2粉体与g-C3N4粉体,研磨后加入去离子水,搅拌后,干燥,得到 g-C3N4/TiO2粉体;
步骤3、将去离子水、分散剂、成膜助剂混合后,加入g-C3N4/TiO2粉体,搅拌分散,得到水性胶体;将水性胶体、去离子水、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂搅拌混合,得到水 性溶胶;
步骤4、将制得的水性溶胶与主涂料搅拌混合。
具体来说是:
步骤1、将市售三聚氰胺原料在马弗炉550℃中煅烧3h后得到g-C3N4粉体;
步骤2、取前述质量比的TiO2粉体与g-C3N4粉体,研磨后加入100g的去离子水,磁力搅拌30min、超声60min、继续搅拌30min后,置于90℃鼓风干燥箱中干燥12h,得到 g-C3N4/TiO2粉体;
步骤3、将2/3投放量的去离子水、上表所示的投放量的分散剂(聚丙烯酸钠)、上表所示的投放量的成膜助剂(Texanol脂醇)依次加入三口烧瓶中,均匀搅拌5min后, 缓慢加入g-C3N4/TiO2粉体,在2000r/min的转速下搅拌分散45min,得到水性胶体;将水 性胶体、1/3投放量的去离子水、上表所示的投放量的甲醚化三聚氰胺甲醛树脂加入搅 拌器中低速搅拌10min,得到前述的水性溶胶;
步骤4、将制得的水性溶胶与主涂料低速搅拌混合。
在本实施例中,主涂料为普通市售PU漆。水性溶胶与主涂料的添加质量比为5:3,从而在本实施例中,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比 约为5%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工擦色的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组13和试验组19。对试验组13按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组19按照降醛方 法二进行降醛处理。
降醛方法一为:将5块试件分别放置于5个体积为1m3的处理箱中,处理箱内温度控制为25℃,静置24h后读取初始浓度;对处理箱内的空间进行8h的单波长为250~365nm 的紫外光下照射,并保持处理室内的气体流速为0.3m/s,利用甲醛传感器测定并记录每 2小时的处理箱内的甲醛浓度,取5块试件的检测平均值作为该试验组的检测结果。降 醛方法二为:将5块试件分别放置于5个体积为1m3的处理箱中,处理箱内温度控制为 25℃,静置24h后读取初始浓度;对处理箱内的空间进行12h的波长为400~800nm的可见 光下照射,并保持处理室内的气体流速为0.3m/s,利用甲醛传感器测定并记录每2小时 的处理箱内的甲醛浓度,取5块试件的检测平均值作为该试验组的检测结果。
实施例8:实施例8与实施例7的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为7.5:3.5。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为1:1,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为4%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工擦涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组14和试验组20。对试验组14按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组20按照降醛方 法二进行降醛处理。
实施例9:实施例9与实施例7的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为7:3.5。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为3:5,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为3%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工擦涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组15和试验组21。对试验组15按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组21按照降醛方 法二进行降醛处理。
实施例10:实施例10与实施例7的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为6.5:3。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为1:3,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为2%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工擦涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组16和试验组22。对试验组16按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组22按照降醛方 法二进行降醛处理。
实施例11:实施例11与实施例7的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为8:2。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为3:2,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为3%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工擦涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组17和试验组23。对试验组17按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组23按照降醛方 法二进行降醛处理。
实施例12:实施例12与实施例7的区别在于,水性溶胶包括以下质量比的成分:
同时,在g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为9:1。
在本实施例中,水性溶胶与主涂料的添加质量比为5:3,从而,g-C3N4/TiO2粉体在本实施例的该种高效光催化涂料中的质量占比约为5%。
将利用上述配方与制作方法制得的高效光催化涂料以手工擦涂的方式涂布于市售 多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块,分别编号为试验 组18和试验组24。对试验组18按照降醛方法一进行降醛处理,对试验组24按照降醛方 法二进行降醛处理。
对照组3作为实施例7至实施例12中的试验组13至试验组18的对照实验组别;对照组4作为实施例7至实施例12中的试验组19至试验组24的对照实验组别。对照组3、对照 组4的光催化涂料包括主涂料、水性溶胶。其中,水性溶胶包括以下质量比的成分:
在对照组3和对照组4中,主涂料为普通市售PU漆。水性溶胶与主涂料的添加质量比为5:3,从而对照组3和对照组4中,g-C3N4/TiO2粉体的质量占比约为5%。
将利用上述配方与制作方法制得的对照组3和对照组4的光催化涂料以手工擦涂的 方式涂布于市售多层复合板的表面,待涂料干燥后,取表面积为60cm2的试件各5块。 对对照组1按照降醛方法一进行降醛处理,对对照组2按照降醛方法二进行降醛处理。
试验组1至试验组6、对照组1的试验结果如表1所示;
试验组7至试验组12、对照组2的试验结果如表1所示;
试验组13至试验组18、对照组3的试验结果如表3所示;
试验组19至试验组24、对照组4的试验结果如表2所示。
表1.试验组1至试验组6、对照组1的6小时与8小时降醛处理效率
表2.试验组7至试验组12、对照组2的10小时与12小时降醛处理效率
表3.试验组13至试验组19、对照组3的6小时与8小时降醛处理效率
表4.试验组19至试验组24、对照组4的10小时与12小时降醛处理效率
综合表1、表2、表3、表4的试验结合来看,添加有g-C3N4的TiO2光催化剂,对空间 中的甲醛降解处理效率具有较为明显的提升作用;并且,在可见光的照射处理下,在 12h的处理时,试验组7和试验组11还出现了空间内甲醛浓度的突降。
以上描述是为了进行说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述,在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此, 本教导的范围不应该参照上述描述来确定,而是应该参照所附权利要求以及这些权利 要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的,所有文章和参考包括专利 申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题 的任何方面并不是为了放弃该主体内容,也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所 公开的申请主题的一部分。
Claims (10)
1.一种高效光催化涂料,其特征在于,包括主涂料、水性溶胶,所述水性溶胶包括g-C3N4/TiO2粉体,且所述g-C3N4/TiO2粉体的添加量占该种高效光催化涂料总质量的2~5%。
2.根据权利要求1所述的高效光催化涂料,其特征在于,所述g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为(6.5~9.5):(1~3.5)。
3.根据权利要求1所述的高效光催化涂料,其特征在于,所述水性溶胶包括g-C3N4/TiO2粉体、去离子水、分散剂、成膜助剂、硅丙乳液。
5.根据权利要求3所述的高效光催化涂料,其特征在于,所述g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为(8.5~9.5):(1~1.5)。
6.根据权利要求1所述的高效光催化涂料,其特征在于,所述水性溶胶包括g-C3N4/TiO2粉体、去离子水、分散剂、成膜助剂、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂。
8.根据权利要求6所述的高效光催化涂料,其特征在于,所述g-C3N4/TiO2粉体中,TiO2粉体与g-C3N4粉体的质量比为(6.5~7.5):(3~3.5)。
9.一种利用根据权利要求1所述的高效光催化涂料的降醛处理方法,其特征在于,在单波长为250~365nm的紫外光下照射6~8h,处理室内的气体流速为0.1~0.3m/s。
10.一种利用根据权利要求1所述的高效光催化涂料的降醛处理方法,其特征在于,在波长为400~800nm的可见光下照射10~12h,处理室内的气体流速为0.1~0.3m/s。
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