CN111790368B - 一种光触媒自洁材料的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光触媒自洁材料的制备工艺，涉及光触媒领域，为解决现有技术中的现有的二氧化钛粒子容易团聚，分散性不好，处理能力一般，容易脱落不具备长期工作能力的问题。包括如下步骤：S1：将二氧化钛晶体加热干燥；S2：干燥后的二氧化钛晶体进行灼烧，灼烧过程中加入二氧化锆；S3：将灼烧后的原料进行冷却水洗后，放置干燥；S4：将干燥后的原料与氧化锌进行震动混合，混合后，通过研磨机进行研磨；S5：研磨后的粉料与沉淀剂进行混合搅拌，混合过程中加入钛液；S6：将混合物进行高温加热至100～200℃；S7：待混合物干燥冷却后，进行纳米切割；S8：切割后通过黏剂进行搅拌混合粘合，制得光触媒自洁材料。
Description
技术领域
本发明涉及光触媒技术领域，具体为一种光触媒自洁材料的制备工艺。
背景技术
光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，它涂布于基材表面，在紫外光及可见光的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除甲醛、除臭、抗污、净化空气等功能。光触媒材料主要有纳米TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2等，2000年以来又发现一些纳米贵金属(铂、铑、钯等)具有更好的光催化性能，但由于其中大多数易发生化学或光化学腐蚀，而贵金属成本则过高，都不适合作为家居净化空气用光催化剂。
光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效广泛的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。在环境污染不严重的条件下，只要不磨损、不剥落，光触媒本身不会发生变化和损耗，在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点，但是现有的二氧化钛粒子容易团聚，分散性不好，处理能力一般，容易脱落不具备长期工作能力；因此市场急需研制一种光触媒自洁材料的制备工艺来帮助人们解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光触媒自洁材料的制备工艺，以解决上述背景技术中提出的现有的二氧化钛粒子容易团聚，分散性不好，处理能力一般，容易脱落不具备长期工作能力的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光触媒自洁材料的制备工艺，所述制备工艺的制备原料以重量份数，包括如下成分：二氧化钛晶体200～220，氧化锌15～20，二氧化锆10～15，钛液100～150，沉淀剂50～60，黏剂25～30。
优选的，包括如下步骤：
S1：将二氧化钛晶体加热干燥；
S2：干燥后的二氧化钛晶体进行灼烧，灼烧过程中加入二氧化锆；
S3：将灼烧后的原料进行冷却水洗后，放置干燥；
S4：将干燥后的原料与氧化锌进行震动混合，混合后，通过研磨机进行研磨；
S5：研磨后的粉料与沉淀剂进行混合搅拌，混合过程中加入钛液；
S6：将混合物进行高温加热至100～200℃；
S7：待混合物干燥冷却后，进行纳米切割；
S8：切割后通过黏剂进行搅拌混合粘合，制得光触媒自洁材料。
优选的，所述的二氧化钛晶体采用将钛铁矿中的大部分铁成分分离出去所生产的一种在成分上和结构性能上与天然金红石相同的富钛原料，且所述的二氧化钛晶体TiO2含量视加工工艺之不同波动在91％～96％之间。
优选的，所述的氧化锌采用六角晶系结晶体结构。
优选的，所述的氧化锌制备工艺采用将焙烧锌矿粉与无烟煤、石灰石按1：0.5：0.05比例配制成球，在1300℃经还原冶炼，矿粉中氧化锌被还原成锌蒸气，再通入空气进行氧化，生成的氧化锌经捕集，制得六角晶系结晶体氧化锌成品。
优选的，所述的二氧化锆采用白色重质无定形粉末，由锆英石与纯碱共熔，用水浸出锆酸钠，与盐酸作用成二氯氧化锆，再煅烧而制得。
优选的，所述的沉淀剂包括十二烷基磺酸钠表面活性剂和尿素，所述的黏胶制备工艺为钛醇盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶，经陈化，溶胶形成三维网络而形成的凝胶。
优选的，所述S1中，将二氧化钛晶体进行清洁，去除表面铁质后，加热温度至100～200℃下干燥2～4h。
优选的，所述S2中，干燥后的二氧化钛晶体在500～1500℃下高温灼烧2～6h后，加入二氧化锆，在进行再加热至2800℃高温灼烧1h。
优选的，所述S7中，使用纳米切割机将混合物平均颗粒切割分为5nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该发明通过将二氧化钛晶体切割为5nm，金红石型晶体具有比锐钛型晶体更强的光催化性能，耐候性和附着性也很好，纳米无机包覆稳定，将干燥后的二氧化钛晶体加入二氧化锆进行灼烧，可使原料具有高的折射率和耐高温性，且有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的高温强度和韧性，具有良好的机械、热学、电学、光学性质，并同时通过纳米切割机进行切割为5nm颗粒，纳米氧化锆颗粒尺寸微小、是很稳定的氧化物，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的性能，且5nm的二氧化钛晶体以及二氧化锆混合物可使二氧化钛粒子更容易散开，从而提高原材料的处理能力。
2.该发明通过黏剂的设置，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，选用小分子醇作为溶剂，钛醇盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶，经陈化，溶胶形成三维网络而形成凝胶，干燥凝胶以除去残余水分，有机基团和有机溶胶和水，得到纳米二氧化钛粉体，纳米二氧化钛粉体可使二氧化钛粒子之间的粘性增加，使得二氧化钛不易脱落，长时间具有工作能力。
3.该发明通过沉淀剂的设置，十二烷基磺酸钠表面活性剂和尿素通过电中和架桥作用絮凝快，紧密，使胶料沉淀时间大大缩短，同时具有助留作用，适应性强，对造纸设备没有腐蚀，特别适合在中性施胶中作沉淀剂，也适合于酸性胶，可以代替硫酸铝，使用量和单位成本大大降低，从俄国人可有效减少原料制备成本，十二烷基磺酸钠表面活性剂是中性的，对水硬度较敏感，不易氧化，起泡力强，去污力高，易与各种助剂复配，成本较低，合成工艺成熟，应用领域广泛，是非常出色的阴离子表面活性剂，同时离子型表面活性剂还有导电作用，因而可以使静电及时泄漏，从而降低因静电造成的危险及不便。
4.该发明通过先灼烧再混合研磨的制备方式，可使二氧化钛晶体与二氧化锆以及氧化锌充分混合，提高原料之间的融合效果，再加入钛液可使原料之间的粘合度提高，制备效果更佳，长时间在紫外线下不会老化、不会脱落，使用寿命长，提高产品的长时间工作能力，相比于其他载体的纳米二氧化钛光触媒材料，提高了足够多的催化效率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供的一种实施例：一种光触媒自洁材料的制备工艺，制备工艺的制备原料以重量份数，包括如下成分：二氧化钛晶体200～220，氧化锌15～20，二氧化锆10～15，钛液100～150，沉淀剂50～60，黏剂25～30，金红石是一种重要的金属和非金属矿物，从其中提炼的二氧化钛晶体，具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能，通过二氧化钛晶体结构独特的捕捉吸附功效，将甲醛、苯、TVOC等有毒气体牢牢锁住并分解，能有效净化室内空气，且不会造成二次污染，同时净化过程中产生负氧离子有效浓度达到2000ions左右。
进一步，包括如下步骤：
S1：将二氧化钛晶体加热干燥；
S2：干燥后的二氧化钛晶体进行灼烧，灼烧过程中加入二氧化锆；
S3：将灼烧后的原料进行冷却水洗后，放置干燥；
S4：将干燥后的原料与氧化锌进行震动混合，混合后，通过研磨机进行研磨；
S5：研磨后的粉料与沉淀剂进行混合搅拌，混合过程中加入钛液；
S6：将混合物进行高温加热至100～200℃；
S7：待混合物干燥冷却后，进行纳米切割；
S8：切割后通过黏剂进行搅拌混合粘合，制得光触媒自洁材料，通过先灼烧再混合研磨的制备方式，可使二氧化钛晶体与二氧化锆以及氧化锌充分混合，提高原料之间的融合效果，再加入钛液可使原料之间的粘合度提高，制备效果更佳，长时间在紫外线下不会老化、不会脱落，使用寿命长，提高产品的长时间工作能力，相比于其他载体的纳米二氧化钛光触媒材料，提高了足够多的催化效率。
进一步，二氧化钛晶体采用将钛铁矿中的大部分铁成分分离出去所生产的一种在成分上和结构性能上与天然金红石相同的富钛原料，且的二氧化钛晶体TiO2含量视加工工艺之不同波动在91％～96％之间，其内部孔隙的孔径在0.27－0.98纳米之间，呈晶体排列，带弱电性，同时具有较好的光氧化活性；而甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯等有机物分子直径都在0.4－0.62纳米之间，且都是极性分子，通过人工金红石晶体结构独特的捕捉吸附功效，将甲醛、苯、TVOC等有毒气体牢牢锁住并分解，能有效净化室内空气，且不会造成二次污染，同时净化过程中产生负氧离子有效浓度达到2000ions左右。
进一步，氧化锌采用六角晶系结晶体结构，遇到H2S气体不变黑，因为ZnS也是白色的，在加热时，氧化锌由白、浅黄逐步变为柠檬黄色，当冷却后黄色便退去，利用这一特性，把它掺入油漆或加入温度计中，做成变色油漆或变色温度计，因氧化锌有收敛性和一定的杀菌能力，在医药上常调制成软膏使用，氧化锌还可用作催化剂。
进一步，氧化锌制备工艺采用将焙烧锌矿粉与无烟煤、石灰石按1：0.5：0.05比例配制成球，在1300℃经还原冶炼，矿粉中氧化锌被还原成锌蒸气，再通入空气进行氧化，生成的氧化锌经捕集，制得六角晶系结晶体氧化锌成品，氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能。
进一步，二氧化锆采用白色重质无定形粉末，由锆英石与纯碱共熔，用水浸出锆酸钠，与盐酸作用成二氯氧化锆，再煅烧而制得，成斜锆石型的二氧化锆是黄色或棕色单色斜晶体不溶于水、盐酸和稀硫酸，溶于热浓氢氟酸、硝酸和硫酸，与碱共熔生成锆酸盐，化学性质非常稳定，二氧化锆具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。
进一步，沉淀剂包括十二烷基磺酸钠表面活性剂和尿素，的黏胶制备工艺为钛醇盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶，经陈化，溶胶形成三维网络而形成的凝胶，十二烷基磺酸钠表面活性剂和尿素通过电中和架桥作用絮凝快，紧密，使胶料沉淀时间大大缩短，同时具有助留作用，适应性强，对造纸设备没有腐蚀，特别适合在中性施胶中作沉淀剂，也适合于酸性胶，可以代替硫酸铝，使用量和单位成本大大降低，从俄国人可有效减少原料制备成本，十二烷基磺酸钠表面活性剂是中性的，对水硬度较敏感，不易氧化，起泡力强，去污力高，易与各种助剂复配，成本较低。
进一步，S1中，将二氧化钛晶体进行清洁，去除表面铁质后，加热温度至100～200℃下干燥2～4h，清洁二氧化钛晶体以提高二氧化钛的纯度。
进一步，S2中，干燥后的二氧化钛晶体在500～1500℃下高温灼烧2～6h后，加入二氧化锆，在进行再加热至2800℃高温灼烧1h，干燥后的二氧化钛晶体加入二氧化锆进行灼烧，可使原料具有高的折射率和耐高温性，且有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的高温强度和韧性。
进一步，S7中，使用纳米切割机将混合物平均颗粒切割分为5nm，将二氧化钛晶体切割为5nm，金红石型晶体具有比锐钛型晶体更强的光催化性能，耐候性和附着性也很好，纳米无机包覆稳定，且5nm的二氧化钛晶体以及二氧化锆混合物可使二氧化钛粒子更容易散开，从而提高原材料的处理能力。
工作原理：使用时，将二氧化钛晶体加热干燥，采用将钛铁矿中的大部分铁成分分离出去所生产的一种在成分上和结构性能上与天然金红石相同的富钛原料，二氧化钛晶体TiO2含量视加工工艺之不同波动在91％～96％之间，其内部孔隙的孔径在0.27－0.98纳米之间，呈晶体排列，带弱电性，同时具有较好的光氧化活性，干燥后的二氧化钛晶体在500～1500℃下高温灼烧2～6h后，加入二氧化锆，在进行再加热至2800℃高温灼烧1h，干燥后的二氧化钛晶体加入二氧化锆进行灼烧，可使原料具有高的折射率和耐高温性，且有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的高温强度和韧性，将灼烧后的原料进行冷却水洗后，放置干燥，将干燥后的原料与氧化锌进行震动混合，混合后，通过研磨机进行研磨，研磨后的粉料与沉淀剂进行混合搅拌，混合过程中加入钛液，可使二氧化钛晶体与二氧化锆以及氧化锌充分混合，提高原料之间的融合效果，再加入钛液可使原料之间的粘合度提高，制备效果更佳，将混合物进行高温加热至100～200℃，待混合物干燥冷却后，进行纳米切割，切割后通过黏剂进行搅拌混合粘合，制得光触媒自洁材料，通过先灼烧再混合研磨的制备方式，可使二氧化钛晶体与二氧化锆以及氧化锌充分混合，提高原料之间的融合效果，再加入钛液可使原料之间的粘合度提高，制备效果更佳，长时间在紫外线下不会老化、不会脱落，使用寿命长，提高产品的长时间工作能力，相比于其他载体的纳米二氧化钛光触媒材料，提高了足够多的催化效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (7)
1.一种光触媒自洁材料的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺的制备原料以重量份数，包括如下成分：二氧化钛晶体200～220，氧化锌15～20，二氧化锆10～15，钛液100～150，沉淀剂50～60，黏剂25～30；
包括如下步骤：
S1：将二氧化钛晶体加热干燥；
S2：干燥后的二氧化钛晶体进行灼烧，灼烧过程中加入二氧化锆；
S3：将灼烧后的原料进行冷却水洗后，放置干燥；
S4：将干燥后的原料与氧化锌进行震动混合，混合后，通过研磨机进行研磨；
S5：研磨后的粉料与沉淀剂进行混合搅拌，混合过程中加入钛液；
S6：将混合物进行高温加热至100～200℃；
S7：待混合物干燥冷却后，进行纳米切割；
S8：切割后通过黏剂进行搅拌混合粘合，制得光触媒自洁材料；
沉淀剂包括十二烷基磺酸钠表面活性剂和尿素；黏剂 为钛醇盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶，经陈化，溶胶形成三维网络而形成的凝胶；
S7中，使用纳米切割机将混合物平均颗粒切割分为5nm。
2.根据权利要求1所述的一种光触媒自洁材料的制备工艺，其特征在于：所述的二氧化钛晶体采用将钛铁矿中的大部分铁成分分离出去所生产的一种在成分上和结构性能上与天然金红石相同的富钛原料，且所述的二氧化钛晶体TiO2含量视加工工艺之不同波动在91％～96％之间。
3.根据权利要求1所述的一种光触媒自洁材料的制备工艺，其特征在于：所述的氧化锌采用六角晶系结晶体结构。
4.根据权利要求3所述的一种光触媒自洁材料的制备工艺，其特征在于，所述的氧化锌制备工艺采用将焙烧锌矿粉与无烟煤、石灰石按1：0.5：0.05比例配制成球，在1300℃经还原冶炼，矿粉中氧化锌被还原成锌蒸气，再通入空气进行氧化，生成的氧化锌经捕集，制得六角晶系结晶体氧化锌成品。
5.根据权利要求1所述的一种光触媒自洁材料的制备工艺，其特征在于：所述的二氧化锆采用白色重质无定形粉末，由锆英石与纯碱共熔，用水浸出锆酸钠，与盐酸作用成二氯氧化锆，再煅烧而制得。
6.根据权利要求1所述的一种光触媒自洁材料的制备工艺，其特征在于：所述S1中，将二氧化钛晶体进行清洁，去除表面铁质后，加热温度至100～200℃ 下干燥2～4h。
7.根据权利要求1所述的一种光触媒自洁材料的制备工艺，其特征在于：所述S2中，干燥后的二氧化钛晶体在500～1500℃下高温灼烧2～6h后，加入二氧化锆，再加热至2800℃高温灼烧1h。
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