CN115594998A - 一种具有光催化自清洁能力的复合涂料及制备方法与应用 - Google Patents

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CN115594998A CN202211365500.6A CN202211365500A CN115594998A CN 115594998 A CN115594998 A CN 115594998A CN 202211365500 A CN202211365500 A CN 202211365500A CN 115594998 A CN115594998 A CN 115594998A
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Abstract

本发明提供一种具有光催化自清洁能力的复合涂料及制备方法与应用，该复合涂料包括如下组分：光催化材料、纳米SiO2成膜材料、抗静电剂、共溶剂和稀释剂；涂料中各组分的质量分数为：光催化材料3％‑5％，纳米SiO2成膜材料8％‑10％，抗静电剂1％‑2％，共溶剂18％‑22％，稀释剂65％‑75％；其中，所述光催化材料为包括g‑C3N4量子点与纳米TiO2的复合材料，所述纳米SiO2成膜材料包括含硅酸酯的酸性水解溶胶；该复合涂料具有出色超亲水能力、光催化能力、抗静电除尘能力和耐老化能力，同时能增加光线透过率、减少反射。

Description

一种具有光催化自清洁能力的复合涂料及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及自清洁涂料技术领域，具体涉及一种具有光催化自清洁能力的复合涂料及制备方法与应用。
背景技术
在科技发展大时代的环境条件下，城市化进程不断加快，城市建筑和基础设施外表面的清洁问题逐渐受到重视。在双碳背景下，为了保持外墙玻璃、瓷砖、幕墙等基础设施外表面的干净整洁，降低清洗劳动成本，维持城市的美观与整洁，自清洁材料便应运而生。自清洁材料具有防污自洁功能，光催化材料的加入能够增强对太阳能的利用，减少了清洁水和能源使用，能够助力双碳目标的实现。
石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种无金属、可持续的可见光光催化剂，在自清洁涂料领域得到了广泛的研究和应用；但简单的g-C3N4具有比表面积低、电荷迁移能力低、水相分散能力差等缺点。
因此，现提供一种性能更优异具有光催化自清洁能力的复合涂料及制备方法与应用。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明提供一种性能更优异具有光催化自清洁能力的复合涂料及制备方法与应用。
本发明第一方面提供一种具有光催化自清洁能力的复合涂料，包括如下组分：光催化材料、纳米SiO2成膜材料、抗静电剂、共溶剂和稀释剂；涂料中各组分的质量分数为：光催化材料3％-5％，纳米SiO2成膜材料8％-10％，抗静电剂1％-2％，共溶剂18％-22％，稀释剂65％-75％；其中，所述光催化材料为包括g-C3N4量子点与纳米TiO2的复合材料，所述纳米SiO2成膜材料包括含硅酸酯的酸性水解溶胶。
所述具有光催化自清洁能力的复合涂料通过如下方法制备得到：将光催化材料和纳米SiO2成膜材料混合，并加入抗静电剂、共溶剂和稀释剂搅拌，使均匀混合为白色透明溶液，从而得到具有光催化自清洁能力的复合涂料。
所述光催化材料通过如下步骤制备得到：
(1)以含氰基化合物为前驱体，取含氰基化合物于氧化铝坩埚中，于马弗炉中持续煅烧，得到黄色块状固体；冷却至室温后取上述固体按压均匀贴壁于坩埚中，再次于马弗炉中持续煅烧，得到g-C3N4纳米片；
(2)将g-C3N4纳米片，加入浓硫酸和浓硝酸混合液中，封口并进行超声处理，直至黄色浑浊溶液变为澄清；用去离子水稀释并通过滤纸真空抽滤除酸，将所得的抽滤残渣分散在去离子水中，转移至水热反应釜中，水热反应9-11h；反应结束后冷却至室温，转移收集溶液，得到g-C3N4量子点溶液；
(3)将纳米TiO2溶于去离子水中，再加入g-C3N4量子点溶液，超声振荡并将控制温度在25℃-45℃，获得均匀分散的g-C3N4量子点和纳米TiO2复合的光催化材料。
所述纳米SiO2成膜材料通过如下方法制备得到：依次向反应容器中加入硅酸酯和乙醇/甲醇，在25℃-40℃的温度条件下混合均匀，然后将浓盐酸缓慢加入上述溶液中，继续搅拌得到纳米SiO2成膜材料。
本发明第二方面提供一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的制备方法，将光催化材料和纳米SiO2成膜材料混合，并加入抗静电剂、共溶剂和稀释剂搅拌，使均匀混合为白色透明溶液，从而得到具有光催化自清洁能力的复合涂料；其中，涂料中各组分的质量分数为：光催化材料3％-5％、纳米SiO2成膜材料8％-10％、抗静电剂1％-2％、共溶剂18％-22％、稀释剂65％-75％；且，所述光催化材料为包括g-C3N4量子点与纳米TiO2的复合材料，所述纳米SiO2成膜材料包括含硅酸酯的酸性水解溶胶。
所述光催化材料的制备方法为：
(1)以含氰基化合物为前驱体，取含氰基化合物于氧化铝坩埚中，于马弗炉中持续煅烧，得到黄色块状固体；冷却至室温后取上述固体并按压均匀贴壁于坩埚中，再次于马弗炉中持续煅烧，得到g-C3N4纳米片；
(2)将g-C3N4纳米片，加入浓硫酸和浓硝酸混合液中，用保鲜膜封口并进行超声处理，直至黄色浑浊溶液变为澄清；用去离子水稀释并通过滤纸真空抽滤除酸，将所得的抽滤残渣分散在去离子水中，转移至水热反应釜中，水热反应9-11h；反应结束后冷却至室温，转移收集溶液，得到g-C3N4量子点溶液；
(3)将纳米TiO2溶于去离子水中，再加入g-C3N4量子点溶液，超声振荡并将控制温度在25℃-45℃，获得均匀分散的g-C3N4量子点和纳米TiO2复合的光催化材料。
所述纳米SiO2成膜材料的制备方法如下：依次向反应容器中加入硅酸酯和乙醇/甲醇，在25℃-40℃的温度条件下混合均匀，然后将浓盐酸缓慢加入上述溶液中，继续搅拌得到纳米SiO2成膜材料。
所述含氰基化合物包括三聚氰胺、单氰基胺或者二氰基胺中的任意一种或多种。
硅酸酯包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或者正硅酸丙脂中的任意一种。
本发明第三方面提供一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的应用，如上所述的或者如上所述的制备方法所制得的复合涂料适用于玻璃幕墙外表面、太阳能光伏板盖板玻璃、建筑物墙面、大型广告牌等硬表面涂布，以吸附和分解有机污染物实现自清洁。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的光催化材料采用了纳米TiO2和g-C3N4量子点(CNQDs)的复合，大幅度提升了光催化材料的性能；一方面，本发明所述的复合涂料与现有的含纳米TiO2的光催化自清洁涂料相比，克服了涂料成膜后透光率大幅降低的缺陷，能够在可见光照射下产生自清洁效果，与现有光催化自清洁复合涂料相比，原料成本低廉、光催化效率更高；另一方面，本发明将g-C3N4量子点(CNQDs)做为保护层材料包覆在纳米TiO2表面形成的，利用g-C3N4量子点(CNQDs)独特的优点，可以充分利用光照能量，有效分离光生电荷，从而使纳米TiO2材料的光电化学性能得到改善和提高，发挥光催化协同作用；本发明提供的复合涂料具有出色超亲水能力，增加光线透过率减少反射的能力、光催化能力、抗静电除尘能力和耐老化能力。
2.本发明提供的复合涂料制备工艺复现性强，g-C3N4量子点(CNQDs)不仅具备储量丰富，禁带宽度窄、化学稳定性等突出优点，而且g-C3N4量子点(CNQDs)特有的零维结构，以及其独特的量子限域效应，光稳定性高，与传统的g-C3N4相比能有效降解附着在表面的有机污染物，实现光催化自洁效果。
3.本发明提供的复合涂料由于具有良好的光催化自清洁性能和亲水性，可应用于玻璃幕墙外表面，太阳能光伏板盖板玻璃、同样适用于建筑物墙面、大型广告牌等硬表面涂布，可以吸附和分解有机污染物，达到自清洁的目的。
4.本发明提供的光催化自清洁能力的复合涂料有着出色的抗静电除尘的能力，能够有效防止风沙尘埃等颗粒物附着在光伏板表面，维持板面清洁，该涂料能与最新探索成果“光伏治沙”模式有效配合，助力荒漠治理，适用于我国西北地区。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1施涂有本发明所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料的玻璃(a)和空白玻璃(b)的水接触角对比；
图2本发明所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料与不含氮化碳量子点的自清洁涂料光催化降解亚甲基蓝对比；
图3施涂有本发明所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料的玻璃和空白玻璃的可见光透过率对比；
图4施涂有本发明所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料的玻璃表面(a)和玻璃截面(b)的扫描电镜图；
图5施涂有本发明所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料的玻璃表面和空白玻璃表面的粉尘吸附对比。
具体实施方式
本发明提供一种具有光催化自清洁能力的复合涂料，包括如下组分：光催化材料、纳米SiO2成膜材料、抗静电剂、共溶剂和稀释剂；涂料中各组分的质量分数为：光催化材料3％-5％，纳米SiO2成膜材料8％-10％，抗静电剂1％-2％，共溶剂18％-22％，稀释剂65％-75％；其中，所述光催化材料为包括g-C3N4量子点与纳米TiO2的复合材料，所述纳米SiO2成膜材料包括含硅酸酯的酸性水解溶胶。
在本实施例中，以含氰基化合物为前驱体，经过高温煅烧和水热反应形成g-C3N4量子点(CNQDs)，再通过超声震荡与纳米二氧化钛形成复合的光催化材料，加入共溶剂、硅酸酯和水性二氧化硅进行水解反应，最后加入抗静电剂和稀释剂稀释后得到氮化碳量子点/二氧化钛复合光催化自清洁复合涂料。本发明提供的光催化材料采用了纳米TiO2和g-C3N4量子点(CNQDs)的复合，大幅度提升了光催化材料的性能；一方面，所述的复合涂料与现有的含纳米TiO2的光催化自清洁涂料相比，克服了涂料成膜后透光率大幅降低的缺陷，能够在可见光照射下产生自清洁效果，与现有光催化自清洁复合涂料相比，原料成本低廉、光催化效率更高；另一方面，将g-C3N4量子点(CNQDs)做为保护层材料包覆在纳米TiO2表面形成的，利用g-C3N4量子点(CNQDs)独特的优点，可以充分利用光照能量，有效分离光生电荷，从而使纳米TiO2材料的光电化学性能得到改善和提高，发挥光催化协同作用；该复合涂料具有出色超亲水能力，增加光线透过率减少反射的能力、光催化能力、抗静电除尘能力和耐老化能力。
作为优选的实施方式，所述共溶剂、硅酸酯、水性二氧化硅的体积比为8-9∶2-3∶1-2。
其中，优选所述含氰基化合物包括三聚氰胺、单氰基胺或者二氰基胺中的任意一种或多种。
同时，硅酸酯包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或者正硅酸丙脂中的任意一种。
优选纳米SiO2成膜材料是由硅酸酯和甲醇/乙醇水解形成的纳米SiO2水解溶胶，具有出色成膜性的同时还可以提高涂料抗老化、强度和耐腐蚀性能，同时纳米SiO2具有多孔结构，还能够减少涂层表面的光反射和增加光的透过率。
同时，优选稀释剂是乙醇、异丙醇、丙二醇甲醚、正丙醇和甲醇中的一种或者多种，该混合溶液具有挥发度适中、安全环保以及价格适中等优势，可以调节混合溶液中不同的溶剂比例，以适应喷涂、擦涂、浸渍或辊涂等不同的涂布方式。
进一步，本发明提供一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的制备方法，将光催化材料和纳米SiO2成膜材料混合，并加入抗静电剂、共溶剂和稀释剂搅拌，使均匀混合为白色透明溶液，从而得到具有光催化自清洁能力的复合涂料；其中，涂料中各组分的质量分数为：光催化材料3％-5％、纳米SiO2成膜材料8％-10％、抗静电剂1％-2％、共溶剂18％-22％、稀释剂65％-75％；且，所述光催化材料为包括g-C3N4量子点与纳米TiO2的复合材料，所述纳米SiO2成膜材料包括含硅酸酯的酸性水解溶胶。
所述光催化材料的制备方法为：
(1)以含氰基化合物为前驱体，取含氰基化合物于氧化铝坩埚中，于马弗炉中持续煅烧，得到黄色块状固体；冷却至室温后取上述固体并按压均匀贴壁于坩埚中，再次于马弗炉中持续煅烧，得到g-C3N4纳米片；
(2)将g-C3N4纳米片加入浓硫酸和浓硝酸混合液中，用保鲜膜封口并进行超声处理，直至黄色浑浊溶液变为澄清；用去离子水稀释并通过滤纸真空抽滤除酸，将所得的抽滤残渣分散在去离子水中，转移至水热反应釜中，水热反应9-11h；反应结束后冷却至室温，转移收集溶液，得到g-C3N4量子点溶液；其中，浓硫酸和浓硝酸混合液中，所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为1-2∶3-5，优选将50mg所述g-C3N4纳米片投入40-70ml的混合液中，后优选将将所得的抽滤残渣分散在去15-20ml离子水中。
(3)将纳米TiO2溶于去离子水中，再加入g-C3N4量子点溶液，超声振荡并将控制温度在25℃-45℃，获得均匀分散的g-C3N4量子点和纳米TiO2复合的光催化材料。其中优选温度为35℃。
所述纳米SiO2成膜材料的制备方法如下：依次向反应容器中加入硅酸酯和乙醇/甲醇，在25℃-40℃的温度条件下混合均匀，然后将浓盐酸缓慢加入上述溶液中，继续搅拌得到纳米SiO2成膜材料。
上述的复合涂料制备工艺的复现性强，g-C3N4量子点(CNQDs)不仅具备储量丰富，禁带宽度窄、化学稳定性等突出优点，而且g-C3N4量子点(CNQDs)特有的零维结构，以及其独特的量子限域效应，光稳定性高，与传统的g-C3N4相比能有效降解附着在表面的有机污染物，实现光催化自洁效果。
进一步，提供一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的应用，如上所述的或者如上所述的制备方法所制得的复合涂料适用于玻璃幕墙外表面、太阳能光伏板盖板玻璃、建筑物墙面、大型广告牌等硬表面涂布，以吸附和分解有机污染物实现自清洁。
该复合涂料由于具有良好的光催化自清洁性能和亲水性，可应用于玻璃幕墙外表面，太阳能光伏板盖板玻璃、同样适用于建筑物墙面、大型广告牌等硬表面涂布，可以吸附和分解有机污染物，达到自清洁的目的。
同时，该光催化自清洁能力的复合涂料有着出色的抗静电除尘的能力，能够有效防止风沙尘埃等颗粒物附着在光伏板表面，维持板面清洁，该涂料能与最新探索成果“光伏治沙”模式有效配合，助力荒漠治理，适用于我国西北地区。
如该复合涂料可作为太阳能光伏板玻璃表面涂层，因其具有出色的超亲水能力，能够有效防止光伏板表面污染，具有增加光线透过率减少反射的作用，从而提高对太阳光的利用率，进而能够提高光伏板的发电能力，提高发电量。同时，该材料还可用于油漆、铝塑板、陶瓷表面，该材料形成的致密的涂层能够起到防护作用，防止基材氧化；除此之外，该材料还可以涂覆在玻璃幕墙，古建基材等表面不仅能够提高表面硬度，保护基材，还能够防止尘埃等细小颗粒物附着，进一步提高自清洁能力。
实施例1
(1)称取30g三聚氰胺于氧化铝坩埚中，于550℃下马弗炉中持续煅烧4h，得到黄色块状固体；冷却至室温后将上述固体按压均匀贴壁于坩埚中，再次于550℃下马弗炉中持续煅烧2h，得到g-C3N4纳米片；
(2)称取50mgg-C3N4纳米片，加入盛有10mL硫酸和30mL硝酸混合液的烧杯中并用保鲜膜封口，然后进行超声处理，直至黄色浑浊溶液变为澄清溶液；按约1∶10的比例用去离子水稀释，通过0.45μm滤纸真空抽滤除酸；抽滤结束后，将所得的过滤残渣分散在16mL去离子水中，转移至水热反应釜中，在200℃下水热反应10h；反应结束后，冷却至室温，转移收集溶液，得到g-C3N4量子点(CNQDs)；
(3)往4ml的TiO2溶液，加入1ml的g-C3N4量子点(CNQDs)溶液，使用超声振荡15min，在该过程中需要加入冰袋将温度控制在35℃左右以防止过热，生成的均匀分散溶液即为纳米TiO2和g-C3N4量子点(CNQDs)的复合光催化材料；
(4)向反应容器中依次加入共溶剂、正硅酸甲酯、水性二氧化硅、复合光催化材料，其中四者的体积比为2∶6∶3∶2；然后在室温条件下于300rpm的转速下振荡3h后进行水解反应；
(5)向上述得到的水解溶液加入丙二醇甲醚、异丙醇、乙醇进行稀释，其体积比约为3∶1∶9∶2，使该溶液均匀混合为白色透明溶液，得到氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料，即本实施例所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料。
使用气动喷枪(空气压缩机)将配置好的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面，喷涂所得样片在室温下固化24h；采用接触角测试仪测试氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面的水接触角，如图1(a)所示，接触角为4.6°，即表现为超亲水性；
同时，使用气动喷枪(空气压缩机)将现有技术中的无氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面，喷涂所得样片在室温下固化24h；也采用接触角测试仪测试无氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面的接触角，如图1(b)所示，接触角为34.78°，说明其不具备超亲水特性。
以上证明：本实施例制备的光催化自清洁复合涂料形成的涂层覆盖在玻璃的表面时具备优异的亲水性。
实施例2
首先，按照实施例1相同的方法制备氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料。
然后，采用和实施例1相同的方法制备不含氮化碳量子点的复合涂料，具体如下：
向反应容器中依次加入共溶剂、正硅酸甲酯、水性二氧化硅、现有技术中不含氮化碳量子点的复合光催化材料，其中四者的体积比为2∶6∶3∶2，在室温条件下于300rpm的转速下振荡3h后进行水解反应；
向上述得到的水解溶液加入丙二醇甲醚、异丙醇、乙醇进行稀释，其中四者的体积比约为3∶1∶9∶2，使该溶液均匀混合为白色透明溶液，得到不含氮化碳量子点的复合涂料(即对照组复合涂料)。
将氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料和不含氮化碳量子点的复合涂料，分别采用浸涂法固化在22×22mm的载玻片上成膜，并缓慢放入装有60mL的亚甲基蓝的烧杯中，暗反应30min，暗反应结束后再进行90min的光反应；最后分别记录比较两者污染物去除能力，记录数据如图2所示。
分析图2可知，本实施例的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料的光催化降解能力高于不含氮化碳量子点的对照组涂料，这因为本实施例利用g-C3N4量子点(CNQDs)独特的优点，充分利用太阳能，从而使纳米TiO2材料的光电化学性能得到改善和提高，发挥更高的光催化效应；本实施例所制备的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料相对现有技术中的复合涂料具备更高的光催化活性，具有更强的自清洁能力。
实施例3
按照实施例1相同的方法制备氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料；并按照实施例1相同的方式将氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂至玻璃上，并在室温下固化24h。
如图3所示，采用紫外/可见/近红外光谱仪测试氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面380nm-800nm波长范围内的平均透光率为94.43％；而采用紫外/可见/近红外光谱仪测得空白玻璃380nm-800nm波长范围内的平均透光率为89.53％。与空白对照组玻璃相比，喷涂了本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料的玻璃在380nm-800nm的透光率提高了4.9％。
由此可知，本实施例所述的光催化自清洁涂料可用于太阳能光伏板玻璃表面，具有增加光线透过率和减少反射的作用，进而提高光伏板的发电能力。
实施例4
按照实施例1相同的方法制备氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料，并按照实施例1相同的方式将氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂至玻璃上，并在室温下固化24h。
图4为本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料在玻璃上的表面和截面扫描电镜图；如图4(a)所示，能够的看出符合涂料形成的涂层和玻璃的边界线，并且两者紧密的结合在了一起，这说明涂料中的SiO2与玻璃表面的硅基形成了硅氧硅稳定结构，与玻璃表面稳定结合；如图4(b)所示，复合涂料在玻璃表面形成了致密的涂层，涂层覆盖均匀，这说明复合涂料附着效果优秀，分布均匀，在玻璃的表面形成了粗糙稳定的表面。
实施例5
按照实施例1相同的方法制备氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料；并按照实施例1相同的方式将氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂至玻璃上，并在室温下固化24h。
使用百格法测定涂层的附着力、使用电动铅笔硬度计测定涂层的硬度。通过测定，本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料在玻璃上形成的涂层附着力表现优秀，百格法测试后未出现涂层掉落的现象；并且经过电动铅笔硬度计测得涂层表面硬度可达8H。
因此，本实施例所述的复合涂料还可以广泛应用于古建基材等表面，其能提高表面硬度，进而对基材起到保护作用。
实施例6
抗静电剂是添加在塑料之中或涂敷于模塑制品的表面，以达到减少静电积累目的的一类添加剂；通常根据使用方法的不同，抗静电剂可分为内加型和外涂型两大类。为了有效的降低涂料表面的电阻率，减少固体小颗粒物的吸附，进而保证基材表面的洁净，我们选择纳米氧化锌为内加型抗静电剂，以期获得不错的抗静电能力。
首先，按照实施例1相同的方法制备，得到氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料；然后将将纳米氧化锌溶液作为抗静电剂添加至其中，使其质量分数为2％，得到本实施例所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料。
按照实施例1相同的方式将本实施例所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料喷涂至玻璃上，并在室温下固化24h。然后，采用便携式表面电阻测试仪HZR-model＝100来测试涂层的表面电阻。
将空白玻璃作为对照，与喷涂了本实施例所述的复合涂料的玻璃进行比较，如表1所示：
Figure BDA0003923504530000151
表1空白玻璃表面和喷涂有本实施例所述复合涂料的玻璃表面-阻抗量级数据
经过测定发现喷涂本实施例所述的具有光催化自清洁能力的复合涂料的表面阻抗量级为107，一般认为：103-105为导电体，106-1010为防静电，1011-1012为绝缘体；所以本实施例所述的光催化自清洁复合涂料通过添加抗静电剂可以获得良好的抗静电性。
进一步，取一玻璃片，对其下端采用实施例1所述的方式喷涂本实施例所述的复合涂料，对其上端不做任何处理即为空白玻璃端。向该玻璃片表面喷洒细小粉尘，发现：在喷涂有本实施例所述复合涂料的玻璃端表面，粉尘会呈滑落状，当轻轻竖起或抖动该玻璃片时，粉尘会快速滑落；而在空白玻璃端的表面，粉尘则会直接粘附在玻璃上，当轻轻竖起或抖动该玻璃片时，粉尘依旧粘附难以滑落；如图5所示。
因此，进一步说明，本实施例所述的复合涂料通过添加抗静电剂不仅可以获得良好的抗静电性，还能够有效防止细小粉尘的附着。
实施例7
将实施例1中第(3)步的g-C3N4量子点(CNQDs)溶液的添加量改为2ml，其他实验材料的用量和制备步骤不变，制备得到氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料；按照实施例1相同的方式将氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂至玻璃上，并在室温下固化24h。
通过实验对比，发现本实施例得到的复合涂料和实施例1中得到的复合涂料相比，认为两者并无明显区别，都具备优异的超亲水性、光催化活性、增加光线透过和减少反射的能力。
实施例8
首先，将1g块状g-C3N4放入浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，在室温下放置约2小时；然后将混合物用去离子水稀释并洗涤数次，得到白色的多孔g-C3N4；
其次，将100mg多孔g-C3N4分散在30mL浓NH3·H2O中，然后将混合悬浮液转移到45mL烧杯中，在密封的高压釜中在180℃下加热12h，在此期间多孔g-C3N4将被剥离成多孔纳米片，冷却至室温后，将沉淀物用水洗涤数次以除去吸附的NH3分子；
再次，将10mg多孔g-C3N4纳米片分散在100mL水中，然后超声处理约6h；然后将所获得的水性悬浮液以约7000rpm的速度离心，并在透析袋中透析以去除大尺寸的纳米颗粒，得到g-C3N4量子点(CNQDs)；
最后，往4ml的TiO2溶液，加入1ml的g-C3N4量子点(CNQDs)溶液，使用超声振荡15min，在该过程中需要加入冰袋，控制温度在35℃左右，防止过热，生成的均匀分散溶液即为包括了纳米TiO2和g-C3N4量子点(CNQDs)的复合光催化材料。
向反应容器中依次加入共溶剂、正硅酸甲酯、水性二氧化硅、复合光催化材料，其中四者的体积比为2∶6∶3∶2，在室温条件下于300rpm的转速下振荡3h并进行水解反应；
向上述得到水解溶液加入丙二醇甲醚、甲醇、乙醇进行稀释，其体积比约为3∶1∶9∶2，使该溶液均匀混合为白色透明溶液，得到本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料。
使用气动喷枪(空气压缩机)将本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面；喷涂所得样片在室温下固化24h。
经实验，本实施例得到的复合涂料与实施例1得到的复合涂料相比，其性能并没有太大的差距，都具备良好的光催化自清洁性能、亲水性能、抗静电性能和增加光线透过和减少反射的能力。
实施例9
将实施例8中第(2)步的g-C3N4量子点(CNQDs)溶液的添加量改为2ml，其他实验材料的用量和制备步骤不变，制备得到本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料。
使用气动喷枪(空气压缩机)将本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面。喷涂所得样片在室温下固化24h。
通过实验比较，本实施例得到的复合涂料与实施例1得到的复合涂料相比，其性能并没有太大的差距，都具备良好的光催化自清洁性能、亲水性能、抗静电性能和增加光线透过和减少反射的能力。
实施例10
首先，将8g三聚氰胺、5g NaCl、6.24g KCl置于坩埚中，充分研磨后混合均匀，在670℃的马弗炉下煅烧4h，得到煅烧后的产物；将该混合物研磨成粉末后用2.0mol/L稀HCl洗涤，在3000rpm的速度下离心收集固体；然后将此固体分散至去离子水中，将获得的水性悬浮液在转速8000rmin条件下离心，并在透析袋中透析以去除大尺寸的纳米颗粒，得到g-C3N4量子点(CNQDs)；
往4ml的TiO2溶液，加入1ml的g-C3N4量子点(CNQDs)溶液，使用超声振荡15min，在该过程中需要加入冰袋以防止过热，将温度控制在35℃左右，生成的均匀分散溶液即为纳米TiO2和g-C3N4量子点(CNQDs)的复合光催化材料；
向反应容器中依次加入共溶剂、正硅酸甲酯、水性二氧化硅、复合光催化材料，其中四者的体积比为2∶6∶3∶2，在室温条件下于300rpm的转速下振荡3h并进行水解反应。
向上述得到水解溶液加入丙二醇甲醚、异丙醇、甲醇进行稀释，其体积比约为3∶1∶9∶2，使该溶液均匀混合为白色透明溶液，得到氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料。
使用气动喷枪(空气压缩机)将本实施例所述的氮化碳量子点/二氧化钛光催化自清洁复合涂料喷涂在玻璃表面，喷涂所得样片在室温下固化24h。
经验证，本实施例得到的复合涂料与实施例1得到的复合涂料相比，其性能并没有太大的差距，都具备良好的光催化自清洁性能、亲水性能、抗静电性能和增加光线透过和减少反射的能力。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种具有光催化自清洁能力的复合涂料，其特征在于，包括如下组分：光催化材料、纳米SiO2成膜材料、抗静电剂、共溶剂和稀释剂；涂料中各组分的质量分数为：光催化材料3％-5％，纳米SiO2成膜材料8％-10％，抗静电剂1％-2％，共溶剂18％-22％，稀释剂65％-75％；其中，所述光催化材料为包括g-C3N4量子点与纳米TiO2的复合材料，所述纳米SiO2成膜材料包括含硅酸酯的酸性水解溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种具有光催化自清洁能力的复合涂料，其特征在于，所述具有光催化自清洁能力的复合涂料通过如下方法制备得到：将光催化材料和纳米SiO2成膜材料混合，并加入抗静电剂、共溶剂和稀释剂搅拌，使均匀混合为白色透明溶液，从而得到具有光催化自清洁能力的复合涂料。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有光催化自清洁能力的复合涂料，其特征在于，所述光催化材料通过如下步骤制备得到：
(1)以含氰基化合物为前驱体，取含氰基化合物于氧化铝坩埚中，于马弗炉中持续煅烧，得到黄色块状固体；冷却至室温后取上述固体按压均匀贴壁于坩埚中，再次于马弗炉中持续煅烧，得到g-C3N4纳米片；
(2)将g-C3N4纳米片，加入浓硫酸和浓硝酸混合液中，封口并进行超声处理，直至黄色浑浊溶液变为澄清；用去离子水稀释并通过滤纸真空抽滤除酸，将所得的抽滤残渣分散在去离子水中，转移至水热反应釜中，水热反应9-11h；反应结束后冷却至室温，转移收集溶液，得到g-C3N4量子点溶液；
(3)将纳米TiO2溶于去离子水中，再加入g-C3N4量子点溶液，超声振荡并将控制温度在25℃-45℃，获得均匀分散的g-C3N4量子点和纳米TiO2复合的光催化材料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种具有光催化自清洁能力的复合涂料，其特征在于，所述纳米SiO2成膜材料通过如下方法制备得到：依次向反应容器中加入硅酸酯和乙醇/甲醇，在25℃-40℃的温度条件下混合均匀，然后将浓盐酸缓慢加入上述溶液中，继续搅拌得到纳米SiO2成膜材料。
5.一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的制备方法，其特征在于，将光催化材料和纳米SiO2成膜材料混合，并加入抗静电剂、共溶剂和稀释剂搅拌，使均匀混合为白色透明溶液，从而得到具有光催化自清洁能力的复合涂料；其中，涂料中各组分的质量分数为：光催化材料3％-5％、纳米SiO2成膜材料8％-10％、抗静电剂1％-2％、共溶剂18％-22％、稀释剂65％-75％；且，所述光催化材料为包括g-C3N4量子点与纳米TiO2的复合材料，所述纳米SiO2成膜材料包括含硅酸酯的酸性水解溶胶。
6.根据权利要求5所述的一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的制备方法，其特征在于，所述光催化材料的制备方法为：
(1)以含氰基化合物为前驱体，取含氰基化合物于氧化铝坩埚中，于马弗炉中持续煅烧，得到黄色块状固体；冷却至室温后取上述固体按压均匀贴壁于坩埚中，再次于马弗炉中持续煅烧，得到g-C3N4纳米片；
(2)将g-C3N4纳米片，加入浓硫酸和浓硝酸混合液中，封口并进行超声处理，直至黄色浑浊溶液变为澄清；用去离子水稀释并通过滤纸真空抽滤除酸，将所得的抽滤残渣分散在去离子水中，转移至水热反应釜中，水热反应9-11h；反应结束后冷却至室温，转移收集溶液，得到g-C3N4量子点溶液；
(3)将纳米TiO2溶于去离子水中，再加入g-C3N4量子点溶液，超声振荡并将控制温度在25℃-45℃，获得均匀分散的g-C3N4量子点和纳米TiO2复合的光催化材料。
7.根据权利要求5或6所述的一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的方法，其特征在于，所述纳米SiO2成膜材料的制备方法如下：依次向反应容器中加入硅酸酯和乙醇/甲醇，在25℃-40℃的温度条件下混合均匀，然后将浓盐酸缓慢加入上述溶液中，继续搅拌得到纳米SiO2成膜材料。
8.根据权利要求6所述的一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的方法，所述含氰基化合物包括三聚氰胺、单氰基胺或者二氰基胺中的任意一种或多种。
9.根据权利要求5所述的一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的方法，硅酸酯包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或者正硅酸丙脂中的任意一种。
10.一种具有光催化自清洁能力的复合涂料的应用，其特征在于，如权利要求1-4中任一项所述的或者如权利要求5-9中任一项所述的制备方法所制得的复合涂料适用于玻璃幕墙外表面、太阳能光伏板盖板玻璃、建筑物墙面、大型广告牌等硬表面涂布，以吸附和分解有机污染物实现自清洁。
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