CN113265198B

CN113265198B - 一种易固着的催化净化涂料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN113265198B
Application number: CN202110516640.8A
Authority: CN
Inventors: 艾智慧; 刘修凡; 邹治宇; 胡鹏云; 张靖怡; 张礼知
Original assignee: Central China Normal University
Current assignee: Central China Normal University
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2041-05-12
Also published as: CN113265198A

Abstract

本发明公开了一种易固着的催化净化涂料，其重量组成为：以100份重量合计，含0.1～5份(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片，0.1～10份过氧化物，1～20份硅烷调理剂，余量为水。高速搅拌制备该催化净化涂料后，将其涂覆在空白基质上，可以直接用于催化降解氮氧化物。该催化净化涂料的涂层实测坚固耐用，光催化效率高，十分值得推广。

Description

一种易固着的催化净化涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种涂层易于固着于物体表面，以提供催化净化效果的催化净化涂料，同时涉及该催化净化涂料的制备方法和应用方法，属于光催化净化材料领域。

背景技术

随着社会高速发展的经济建设和城市化建设的进程，城市环境污染与防治相关问题越来越受到人们的关注。

例如，城市汽车数量的大幅增长，导致由汽车尾气产生的污染物排入大气，污染室外空气。同时还由于室内装修材料不合格，导致的室内空气污染。因此，如何有效解决室内外空气污染问题是当前科研工作者关注的热点。

相应的，技术人员研发了很多不同类型的净化技术。市场上的代表性技术是吸附净化。例如空气净化器活性炭滤网：利用活性炭吸附有害气体达到净化空气的效果。由于吸附介质的容量有限，往往容易达到吸附饱和，并受到其自身的使用寿命影响，还比较容易脱附有害气体，形成二次污染。另一方面，长时间使用的吸附介质的表面，很容易积累有机物，并引发微生物发酵，产生异味二次污染。

因此在现有的市场上，很多净化产品采用光催化技术。它以其环境友好、高净化性能、无二次污染等优点更具应用价值。在众多光催化剂中，纳米二氧化钛是较为成熟以及环境光催化应用潜力最大的材料。

纳米二氧化钛具有稳定性好、光催化活性高、耐腐蚀、成本低廉、无毒的优点，在商业应用领域是很成熟的产品。以纳米二氧化钛为基础开发环保催化涂料，在空气净化领域具有很大的应用前景，如消除室内外VOCs以及氮氧化物等气态污染物。

然而，目前含二氧化钛的涂料大都直接将二氧化钛与有机涂料混合制成涂料体系。其中的有机涂料包覆二氧化钛颗粒。被埋存于有机涂料中的二氧化钛颗粒，无法有效发挥催化作用解除空气污染物，导致实际使用中的二氧化钛光降解效率降低.

另一方面，有研究表明：以丙烯酸基涂料为基材组成的有机涂料，在复合二氧化钛后，成品膜的老化趋势明显加强。主要的原因是：以C-C键为主链的聚丙烯类基材本身就不耐紫外辐照，而添加的TiO2又能在其中吸收紫外线、产生大量电子-空穴以及·OH、·OOH等活性氧物种，进而会通过其强大的氧化-还原作用而加速C-C主链的断裂，从而引以丙烯酸基涂料的老化。

如果采用水溶胶体系的二氧化钛涂料，虽然针对气态污染物能够保持良好的催化消除活性，但仍存在一个致命缺陷：以水溶胶体系二氧化钛涂料的涂层物理性能欠佳；特别是涂层附着力不足、易脱落，影响涂层催化寿命。这也制约了采用水溶胶体系的二氧化钛涂料实际的推广应用。

基于上述的情况，现有的光催化涂料主要存在以下三点不足：

(1)室内、外墙使用的有机涂料虽然能有效包裹光催化剂，附着力较强，但有机成分组成显著降低光催化剂的催化效果。

(2)水溶胶体系的二氧化钛涂料，整体附着力差，涂层容易脱落，影响实际催化效果。

(3)有机光催化涂料在使用中，光催化剂会加速有机物组分的分解，加速涂料老化。

因此，如何兼顾催化涂层的附着力与催化性能是涂料领域一个亟待解决的关键问题。具备上述性能的涂料也具有重大的市场应用前景。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是提供一种易固着的催化净化涂料。该涂料的涂层兼得高效催化性能和涂层附着力，而且综合性能稳定。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述催化净化涂料的制备方法。

本发明所要解决的又一技术问题是提供一种上述催化净化涂料的应用方法。

为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种易固着的催化净化涂料，包括以下重量组成：以100份重量合计，含0.1～5份(001)晶面完全暴露的二氧化钛纳米片，0.1～10份过氧化物，1～20份硅烷调理剂，余量为水。

其中较优地，所述过氧化物为双氧水、过氧化钠、过氧化钾、过氧化锌、过氧化镁中的任意一种。

其中较优地，所述硅烷调理剂为硅烷405、硅烷x405、硅烷KH560、硅烷KH570、硅烷G551、硅烷GR561中的任意一种。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种易固着的催化净化涂料的制备方法，包括以下步骤：

将过氧化物和晶面暴露的二氧化钛纳米片在搅拌釜中以搅拌均匀，制备得到改性的二氧化钛纳米片；

将硅烷调理剂和水充分混合后加入搅拌釜中，搅拌均匀后，制备得到类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料。

其中较优地，过氧化物和晶面暴露的二氧化钛纳米片在搅拌釜中，搅拌速度不低于1000r/min，搅拌1小时以上。

其中较优地，将硅烷调理剂和水充分混合后加入搅拌釜后，搅拌速度不低于2000r/min，搅拌2小时以上。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种易固着的催化净化涂料的应用方法，包括以下步骤：

将空白原料HEPA高效滤网、或者空白基质材料浸没于类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料中，静置20分钟以上，或者搅拌10分钟以上，室温干燥后得改性的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网，或者改性的二氧化钛纳米片催化层片。

其中较优地，所述改性的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网，或者改性的二氧化钛纳米片催化层片的涂覆浓度为4g/m²。

上述易固着的催化净化涂料的应用方法，进一步包括以下步骤：

将制备的类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料，装入高压喷枪喷涂；进气压力0.1MPa，增压到5MPa以上，空气与涂料比例5：1以上，调节喷枪喷嘴调至完全雾化，喷涂0.5mm以上后，室温干燥，然后重复喷涂2～5次即可完成该表面的催化剂固化；HEPA滤网反面依此再来一次，完成双面催化剂涂覆。

其中较优地，所述改性的二氧化钛纳米片催化的涂层厚度不少于0.15mm。

本发明的有益效果在于：

1.使用过氧化物处理的二氧化钛纳米片，不仅有利于提高整体的光催化性能，同时也能有效和硅烷调理剂结合，提高整体涂层的耐用性，在环境治理领域具有良好的应用前景。

2.本发明提供的涂层具有较强的稳定性，硅烷调理剂不仅能与无机界面之间形成强效粘附作用，而还与二氧化钛的类超氧结构形成化学键，该化学键的结合进一步加强了催化剂的附着力，有利于防止催化剂从无机界面脱落，可提高该复合涂料的持久催化性能，同时也有利于延长涂料的抗老化性能。

3.本发明所用的原料环保，生产过程无有害物质排放，能耗低，易于大规模生产。

附图说明

图1为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛的XRD图谱。

图2为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的投射电子显微镜照片，为其整体形貌图。

图3为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的投射电子显微镜照片，为其晶格条纹图。

图4为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的投射电子显微镜照片，为其晶格条纹图。

图5为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的投射电子显微镜照片，为其高倍投射图，显示纳米片上具有的孔道结构。

图6为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的投射电子显微镜照片，为其Ti元素的分布图。

图7为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的投射电子显微镜照片，为其O元素的分布图。

图8为实施例2所制备的催化净化涂料在紫外灯的条件下氮氧化物去除率-时间曲线。

图9为实施例3所制备的催化净化涂料在紫外灯的条件氮氧化物去除率-时间曲线。

图10为实施例4所制备的催化净化涂料在紫外灯的条件下氮氧化物去除率-时间曲线。

图11为实施例5所制备的催化净化涂料在紫外灯的条件下氮氧化物去除率-时间曲线。

图12为实施例6所制备的催化净化涂料在紫外灯的条件下氮氧化物去除率-时间曲线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另外，涉及方位的属于仅表示各物料、部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

首先对本发明提供的催化净化涂料的工作原理进行理论上的分析：

在晶体学中，通过晶体中原子中心的平面叫作晶面(Faces)。晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外形中的平面称为晶面。特定取向的晶面必定与晶体中对应的一组互相平行的平面点阵相平行。可以规定一套整数(hkl)来反映某特定晶面及其相应平面点阵组的取向，这一套整数称为晶面指标。在本发明的实施例中，所述二氧化钛的晶面指标为(001)。

具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片具有相对更高的Ti不饱和度和更独特的电子结构，因而其具有更高的光催化活性。

过氧化物(包括并不限于：过氧化钠，过氧化钾，过氧化锌，过氧化镁等)处理(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片，能够在其表面形成类超氧的双氧结构，而这种双氧结构可与硅烷调理剂中一端的Si原子形成强配位键，稳定结合二氧化钛催化剂的同时又能保留不饱和5配位Ti活性位，而另一端的O原子易与无机界面紧密结合，形成牢固的涂层。因此，这种涂料所形成的涂层，一方面具备强效的附着力，另一方面同时保证了催化活性位进行有效催化反应，兼顾涂层的附着力和催化活性。

具体地说，双氧水作为过氧化物不仅用以将(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的表面形成类超氧的双氧结构。在双氧水中，在二氧化钛纳米片的表面具有吸附态的双氧水。这些表面吸附态双氧水解离为羟基，吸附态羟基与游离的双氧水反应脱氢，生成的两个氧原子分别与二氧化钛的两个晶格氧结合，最终使得二氧化钛生成类超氧结构。具有类超氧结构的二氧化钛，其类超氧的双氧结构可以和硅烷调理剂的一端的Si原子形成强配位键，稳定结合二氧化钛纳米片，同时又能保留足够的不饱和5配位Ti活性位；而另一端的O原子易与无机界面(实际适用于各种HEPE高效滤网、常见的基质材料等)紧密结合，形成牢固的涂层。

双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片，其二氧化钛表面类超氧结构的自旋态与超氧根一样。此时由于形成了类超氧结构，二氧化钛自身的电子结构发生了很大改变，其表面呈富氧态，整体2p轨道电荷密度增加，也即是说价带位置上升，这样光生电子更易被光激发到导带与氧气结合，更容易形成活性分子氧，从而促进了催化剂的光催化氧化性能。另外，双氧水也有助于提高二氧化钛的分散性能。

同样的，使用过氧化物(包括并不限于：过氧化钠，过氧化钾，过氧化锌，过氧化镁等)处理(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片，使得二氧化钛形成类超氧结构的过程为：二氧化钛的表面具有吸附态的过氧化物，过氧化物的吸附态过氧根弛豫解离为两个氧原子，两个氧原子分别与二氧化钛的两个晶格氧结合，使得二氧化钛形成稳定的类超氧结构。

晶面暴露的二氧化钛的最大结构优势在于：暴露面上100％的不饱和5配位Ti，为结合阴离子提供了极佳的位点，所以能够稳定的结合过氧根从而形成稳定的类超氧结构。在这个结构的基础上，硅烷中的Si可与类超氧结构通过Si-O化学键结合在一起。

本发明的实施例中，所使用的二氧化钛原料为具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片。该二氧化钛纳米片的厚度3～5nm，长宽5～10nm。将纳米片限定在前述的一定的规格，其原因是纳米片的尺寸越小，二氧化钛的光催化氧化性能越强。这主要涉及到半导体的尺寸效应，尺寸效应对催化性能的影响至关重要。半导体晶体的尺寸小于10nm时，量子尺寸效应变得显著，电荷载体会呈现出量子行为，主要表现为导带和价带变成分立能级，带隙变宽，价带更正，导带更负。这种效应实际上增强了光生电子空穴的分离效率与氧化还原能力。纳米晶体厚度越薄，光生载流子从体相扩散到表面画的时间越短，光生电荷的分离效率就越高，所以晶体越薄越有助于提升光催化性能。

涂料中的硅烷调理剂还能为涂层提供良好的抗老化性能，同时涂料中的二氧化钛也能为涂层提供一定的硬度与耐磨性能，因此涂层具有良好的耐用性。

本发明的实施例所使用二氧化钛纳米片的制备合成路线不唯一，以下的实施例的操作的较为容易实现，仅在本处作为实施例1，作为参考。以其他方式制备的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片，如果产品颗粒粒径10～20nm，也可以满足本发明的实施例要求。

实施例1：制备(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片

步骤1、将可溶性钛盐化合物溶解于去离子水中，形成含钛的水溶液，其钛元素的摩尔浓度为0.1摩尔/升～20.0摩尔/升。

所述可溶性钛盐化合物例如：四氟化钛、四氯化钛、硫酸氧钛。不同的钛盐的根据其溶解性质，适当调节溶解所需的温度。

步骤2、在剧烈搅拌下，将浓氨水加入到步骤1得到的含钛水溶液中，形成白色乳浊液，乳浊液pH值控制在5.0～14.0范围内；保持剧烈搅拌3～12小时。

步骤3、将步骤2得到的白色乳浊液在温度30～100℃氛围中静置3～18小时，进一步水解形成沉淀。

步骤4、将步骤3得到的沉淀烘干，在温度300～700℃，时间1～10小时范围内，即可得到不同粒度尺寸的锐钛矿型二氧化钛。

其中较优地可以将煅烧温度范围控制为400～700℃，煅烧时间范围为3～6小时。

以上方法制备的二氧化钛为(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片。其纳米片的尺寸为：厚度3～5nm，长宽5～10nm，BET比表面积50～80米²/克，纯度≥99.9％。

如图1所示为根据前述方法制备双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的做XRD表征图，确定所制得的二氧化钛纳米片为双氧水处理后的(001)晶面暴露的锐钛矿相。

如图2～图7所示为双氧水处理后的(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的投射电子显微镜照片。

实施例2：制备含(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片的催化净化涂料

步骤1：制备类超氧改性的二氧化钛纳米片

以重量份数合计，将10份过氧化氢(浓度为30％)、2份具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片、在搅拌釜中以高速搅拌均匀(其中较优地1000r/min，1小时以上)，搅拌混合均匀后，制备得到改性的二氧化钛纳米片。

按重量份数合计，将10份硅烷调理剂(厂家：深圳市吉田化工有限公司，型号：405)、88份水充分混合后加入搅拌釜中，在3000r/min高速搅拌2小时。

依此，可以制备得到类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料。

经过多次反复试验及检测，反应釜内的搅拌速度在2000r/min以上的高速搅拌3小时以上，即可将具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片均匀的分散在体系中，稳定的达到后续的喷涂工艺要求。如果速度略低，需要更长的搅拌时间。如果采用3000r/min高速搅拌，1小时以上即可达到均匀分散在系统内的效果。因此，本实施例及后续实施例中，均采用3000r/min高速搅拌2小时，便于实际操作。

喷涂时，首先对待喷涂的空白基质的表面进行清洁处理。待喷涂的涂料使用高压喷枪雾化喷涂于基质表面。

根据反应机理，实际该反应中的过氧化物除了双氧水之外，可以提供过氧化自由基团的试剂均可以引发上述反应，包括并不限于：过氧化钠，过氧化钾，过氧化锌，过氧化镁等。

本发明实施例所使用的硅烷调理剂，除了硅烷405之外，还可以使用硅烷X405、硅烷KH560、硅烷KH570、硅烷G551、硅烷GR561等剂型。常用的含有硅氧基团的硅烷调理剂均可以通过Si-O键有效结合类超氧改性的二氧化钛。同时，这些硅烷调理剂自身也是非常优秀的粘合剂，将改性的二氧化钛纳米片固定在相应的使用场景，例如HEPA滤网表面、催化剂荷载物表面等等。

步骤2：将步骤1中制得的涂料固着在成催化涂层，用于NO的光催化降解。

步骤2.1

将步骤1制备的类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料，浸渍或高压喷枪喷涂固着在空白原料HEPA高效滤网上，室温干燥后得改性的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网，可用于NO光催化降解。

具体的，HEPA高效滤网直接浸没在步骤1制备的类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料中，静置20分钟以上，或者搅拌10分钟以上，室温干燥。涂覆浓度为4g/m²。

也可以利用高压喷枪喷涂的方法将催化涂料固着在HEPA高效滤网：将步骤1制备的类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料装入喷枪，进气压力0.1MPa，增压到5MPa以上，空气与涂料比例5：1以上，调节喷枪喷嘴调至完全雾化，喷涂0.5mm以上后，室温干燥，然后重复喷涂2～5次即可完成该表面的催化剂固化。对滤网反面依此再来一次，完成双面催化剂涂覆。

验证实验：

将浸渍法制备的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网样品放入体积为4.5L的反应箱中，在室温条件下，待NO进气浓度达到600ppb左右，利用15W365nm紫外灯进行气态氮氧化物去除实验。

每分钟检测一次氮氧化物的浓度，绘制氮氧化物去除率-时间曲线；如图8所示。

光照25分钟后，检测得：氮氧化物的去除率为92.5％；大部分气态氮氧化物被氧化为NO3-，只生成3ppb副产物NO2，二次污染极小。

采用同样的方式实验喷涂法制备的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网样品，检测得：氮氧化物的去除率为92.3％。

表1实施例2中NO的光催化降解数据

浸渍法和喷涂法制备HEPA滤网，光催化效果都十分明显，相互之间的区别非常小。

步骤2.2：

将步骤1制备的类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料，浸渍或高压喷枪喷涂固着在空白基质上，室温干燥后得改性的二氧化钛纳米片催化片，可用于NO光催化降解。

具体地说，直接浸没在步骤1制备的类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料中，静置20分钟以上，或者搅拌10分钟以上，室温干燥。涂覆浓度为涂覆浓度为4g/m²，成品的涂层厚度不少于0.15mm。

也可以利用高压喷枪喷涂的方法将催化涂料固着在空白基质上：将步骤1制备的类超氧改性的二氧化钛纳米片催化净化涂料装入喷枪，进气压力0.1MPa，增压到5MPa以上，空气与涂料比例5：1以上，调节喷枪喷嘴调至完全雾化，喷涂0.5mm以上后，室温干燥，然后重复喷涂2～5次即可完成该表面的催化剂固化。成品的涂层厚度不少于0.15mm。

空白基质可以选择：玻璃，马口铁等类似的较为光滑、硬质的表面，也可以为塑料制品表面，例如PVC，有机玻璃等等，而且光滑/粗糙表面均可以固着。

验证实验：

将浸渍法、喷涂法制备的二氧化钛纳米片催化片样品(基质分别为玻璃、马口铁、光滑/粗糙PVC、光滑/粗糙有机玻璃)，采用划格法利用国标《GB/T9286-1998》的检测方法，测试涂层附着力，均可达到1级标准。

实施例3：

步骤1和实施例2类似，不同之处在于：过氧化氢为0.5份、具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片(纳米片厚度3～5nm，长宽5～10nm)为1份、硅烷调理剂(厂家：深圳市吉田化工有限公司，型号：405)为5份、93.5份水按质量比例充分混合，于搅拌釜中，在3000r/min高速搅拌2h。

步骤2：完全相同。

每分钟检测一次氮氧化物的浓度，绘制氮氧化物去除率-时间曲线；如图9所示。根据氮氧化物去除率-时间曲线，光照25分钟后氮氧化物的去除率为92.4％，大部分气态氮氧化物均被氧化为NO3-，只生成3ppb副产物NO2，二次污染极小。

表2实施例3中NO的光催化降解数据

NO初始浓度	光催化分解产物	NO去除率
			600ppb	NO3-；3ppb副产物NO2	92.4％

实施例4：

步骤1和实施例2类似，不同之处在于：过氧化氢为0.2份、具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片(纳米片厚度3～5nm，长宽5～10nm)为1份、硅烷调理剂(厂家：深圳市吉田化工有限公司，型号：405)为1份、97.8份水按质量比例充分混合，于搅拌釜中，在3000r/min高速搅拌2h。

步骤2：完全相同。

每分钟检测一次氮氧化物的浓度，绘制氮氧化物去除率-时间曲线；如图10所示。根据氮氧化物去除率-时间曲线，光照25分钟后氮氧化物的去除率为92.4％，大部分气态氮氧化物均被氧化为NO3-，只生成3ppb副产物NO2，二次污染极小。

表3实施例4中NO的光催化降解数据

实施例5：

步骤1和实施例2类似，不同之处在于：过氧化氢为5份、具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片(纳米片厚度3～5nm，长宽5～10nm)为5份、硅烷调理剂(厂家：深圳市吉田化工有限公司，型号：405)为15份、75份水按质量比例充分混合，于搅拌釜中，在3000r/min高速搅拌2h。

步骤2：完全相同。

每分钟检测一次氮氧化物的浓度，绘制氮氧化物去除率-时间曲线；如图11所示。根据氮氧化物去除率-时间曲线，光照25分钟后氮氧化物的去除率为92.4％，大部分气态氮氧化物均被氧化为NO3-，只生成2ppb副产物NO2，二次污染极小。

表4实施例5中NO的光催化降解数据

NO初始浓度	光催化分解产物	NO去除率
			600ppb	NO3-；2ppb副产物NO2	93.2％

实施例6

步骤1和实施例2类似，不同之处在于：过氧化氢为3份、具有(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片(纳米片厚度3～5nm，长宽5～10nm)为4份、硅烷调理剂(厂家：深圳市吉田化工有限公司，型号：405)为5份、88份水按质量比例充分混合，于搅拌釜中，在3000r/min高速搅拌2h。

步骤2：完全相同。

每分钟检测一次氮氧化物的浓度，绘制氮氧化物去除率-时间曲线；如图12所示。根据氮氧化物去除率-时间曲线，光照25分钟后氮氧化物的去除率为92.4％，大部分气态氮氧化物均被氧化为NO3-，只生成2ppb副产物NO2，二次污染极小。

表5实施例6中NO的光催化降解数据

NO初始浓度	光催化分解产物	NO去除率
			600ppb	NO3-；2ppb副产物NO2	92.9％

实施例2～6的数据：

另外采用实施例2类似的方式，制备多组催化净化涂料，并进行检测其氮氧化物的去除率，以下以100份重量合计，剩下的为水，如下表所示：

本发明的合成工艺简单，易于操作，能耗低，生产成本低，能够进行大规模生产。

相比传统的催化涂料中的光催化物质被包覆于涂料中，催化物活性位被覆盖，其起到的催化效率较低，本发明提供的特制配方，使催化剂活性位暴露率大大提高，其催化性能相应提高，从而提高光催化去污的特点。同时，本发明采用具有(001)晶面暴露的二氧化钛作为光催化物质。该种二氧化钛具有相对更高的不饱和度和更独特的电子结构，因而其具有更高的光催化活性。由于本发明中的硅烷调理剂，其氧原子端能够与无机界面结合，为涂层提供了强效附着力，且其本身具有良好的抗老化性能，相比于其他光催化涂层材料，一方面具有优良的涂层物理性能，另一方面具有高效光催化去除气态污染物的能力。

例如，在温和的条件下即可利用太阳光大幅度去除氮氧化物，或制备催化滤网应用于室内净化器中治理室内空气，在环境治理和室内空气净化等领域具有重要的研究意义和良好的应用前景。

特别是，本发明制备的二氧化钛催化剂HEPA滤网，以及涂层非常适合用燃油车辆的的内部的空调滤芯，以及内部装饰面的表面。将其涂覆在车辆内饰表面，明显的可以减少车辆行驶过程中的车内微环境中的氮氧化物的浓度，有利于车内人员的健康，非常值得推广。由于硅烷调理剂的涂覆性能非常优秀，不仅仅是原车厂家生产时涂装，还可以对现有的旧车辆内饰，直接进行喷涂处理，甚至可以长期多次喷涂，长期保证去除车内的氮氧化物，非常有利于车内人员的长期身体健康，也十分具备市场前景。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种易固着的催化净化涂料，其特征在于包括以下重量组成：以100份重量合计，含0.1～5份(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片，0.1～10份过氧化物，1～20份硅烷调理剂硅烷405，余量为水；所述过氧化物为双氧水，过氧化钠、过氧化钾、过氧化锌、过氧化镁中的任意一种；其中，所述(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片采用如下步骤制备：

步骤1、将四氟化钛、四氯化钛、硫酸氧钛中任意一种溶解于去离子水中，形成含钛的水溶液，其钛元素的摩尔浓度为0.1摩尔/升～20.0摩尔/升；

步骤2、在剧烈搅拌下，将浓氨水加入到步骤1得到的含钛水溶液中，形成白色乳浊液，乳浊液pH值控制在5.0～14.0范围内；保持剧烈搅拌3～12小时；

步骤3、将步骤2得到的白色乳浊液在温度30～100℃氛围中静置3～18小时，进一步水解形成沉淀；

步骤4、将步骤3得到的沉淀烘干，在温度300～700℃，时间1～10小时范围内，即可得到不同粒度尺寸的锐钛矿型二氧化钛；

以上方法制备的二氧化钛为(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片；其纳米片的尺寸为：厚度3～5nm，长宽5～10nm，BET比表面积50～80米 2/克，纯度≥99.9％。

2.权利要求1所述易固着的催化净化涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将过氧化物和(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片在搅拌釜中以搅拌均匀，制备得到改性的二氧化钛纳米片；将硅烷调理剂和水充分混合后加入搅拌釜中，搅拌均匀后，制备得到易固着的催化净化涂料。

3.权利要求2所述易固着的催化净化涂料的制备方法，其特征在于：过氧化物和(001)晶面暴露的二氧化钛纳米片在搅拌釜中，搅拌速度不低于1000r/min，搅拌1小时以上。

4.权利要求3所述易固着的催化净化涂料的制备方法，其特征在于：将硅烷调理剂和水充分混合后加入搅拌釜后，搅拌速度不低于2000r/min，搅拌2小时以上。

5.权利要求1或2所述易固着的催化净化涂料的应用方法，其特征在于：将空白原料的HEPA高效滤网浸没于易固着的催化净化涂料中，静置20分钟以上，或者搅拌10分钟以上，室温干燥后得改性的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网；将空白基质材料浸没于易固着的催化净化涂料中，静置20分钟以上，或者搅拌10分钟以上，室温干燥后得改性的二氧化钛纳米片催化层片。

6. 权利要求5所述易固着的催化净化涂料的应用方法，其特征在于：所述改性的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网，或者改性的二氧化钛纳米片催化层片的涂覆浓度为4g/m2。

7.权利要求6所述易固着的催化净化涂料的应用方法，其特征在于进一步包括以下步骤：将制备的易固着的催化净化涂料，装入高压喷枪喷涂；进气压力0.1MPa，增压到5MPa以上，空气与涂料比例5：1以上，调节喷枪喷嘴调至完全雾化，喷涂0.5mm以上后，室温干燥，然后重复喷涂2～5次即可完成表面的催化剂固化；HEPA滤网反面依此再来一次，完成双面催化剂涂覆。

8.权利要求6所述易固着的催化净化涂料的应用方法，其特征在于还包括以下步骤：所述改性的二氧化钛纳米片催化HEPA高效滤网上的易固着的催化净化涂料的厚度不少于0.15mm；所述二氧化钛纳米片催化层片上的易固着的催化净化涂料的厚度不少于0.15mm。