CN116751076B - 一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，属于建筑材料领域，所述制备方法包括：制备硅藻土基纳米二氧化钛、制备沸石基纳米二氧化钛、制备混合物、制备釉料以及将所述釉料布施于多孔陶瓷坯体表面，烧制处理。本发明通过将硅藻土基纳米二氧化钛以及沸石基纳米二氧化钛复配，协同作用，表现出较强的光降解甲醛性能且性能稳定；钒酸铋与氧化铋复配使用能产生异质结，赋予瓷砖显著的抗菌性能，再与硅藻土基纳米二氧化钛以及沸石基纳米二氧化钛复配使用，颗粒吸附并生长，协同增效，且釉料布施于多孔陶瓷坯表面后，瓷砖表面的亲水特性也有助于提高甲醛的降解率，也能体现一定的降解甲醛效果。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体而言，涉及一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法。
背景技术
随着生活质量的不断提高，人们对居室和办公城所的舒适性、 美观化和自动化的需求逐渐升高，装修频率逐步提高，因其所使用的材料不达标而产生的室内空气污染问题也越来越突出。装修材料释放出的甲醛成为室内空气首号污染物，城市居民处在各种室内环境中的时间比较长，人们长期吸入少量甲醛能影响人体的身心健康。针对室内甲醛污染，消除污染源是最根本的控制手段，但受限于市售装修装饰材料的质量以及技术条件，目前还不能实现从源头上完全消除甲醛污染。室内敞风换气简单、经济，然而在现代生活方式下，通风量有限，且由于室外大气污染(如灰霾、 氮氧化物等)形势严峻，采用通风换气对降低室内污染的积极意义有限，因此需要采用后期甲醛净化技术。目前在国内外得到广泛研究的室内甲醛降解技术主要包括空气负离子净化技术、吸附法、室温催化氧化技术、植物净化法、化学反应法以及低温离子体协同催化技术等，但这些方法去除效率低，净化效果有限，且受条件限制大。也有使用光催化来进行吸附和降解，如使用光触媒，光触媒在反应时，会产生出强氧化性的自由氢氧基和活性氧，具有光氧化还原功能，可氧化分解各种有机污染物，对甲醛、苯、氨、TVOC等都降解能力，能有效去除甲醛、挥发性有机物等气体，但目前使用的光触媒必须在紫外光照射下，才能发生光催化反应，即若没有紫外光源，光触媒作用效果明显变差。
发明内容
基于此，为了解决现有技术中光触媒的光催化效果差以及抗菌效果差的问题，本发明提供了一种光触媒除甲醛瓷砖及其制备方法，具体技术方案如下：
一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1.将硅藻土进行预处理，待预处理完成后，加入去离子水、第一表面活性剂以及纳米二氧化钛，在一次球磨处理后，经过离心处理、洗涤处理以及煅烧处理后，得到硅藻土基纳米二氧化钛；
S2.将沸石与纳米二氧化钛混合均匀，然后加入去离子水、第二表面活性剂，在二次球磨处理后，经过离心处理、洗涤处理以及干燥处理后，得到沸石基纳米二氧化钛；
S3.将所述硅藻土基纳米二氧化钛、所述沸石基纳米二氧化钛、钒酸铋以及氧化铋混合均匀，得到混合物；
S4.将煅烧高岭土、石英、白玉刚粉、钠长石、氧化铝、锂辉石以及镁铝尖晶石混合均匀，加入去离子水，在三次球磨处理后，加入所述混合物以及促渗透剂，在四次球磨处理后，得到釉料；
S5.将所述釉料布施于多孔陶瓷坯体表面，烧制处理，得到光触媒除甲醛瓷砖。
进一步地，所述预处理为：往硅藻土中加入质量百分比浓度为98%的硫酸，加热至120℃~150℃，预处理1h~3h，然后冷却至室温，继续搅拌处理40min~60min，抽滤处理，取滤饼，再洗涤所述滤饼后，得到预处理硅藻土。
进一步地，步骤S1中，所述第一表面活性剂为六次甲基四胺、三乙醇胺以及琥珀酸二辛酯磺酸钠中的一种或多种的混合。
进一步地，步骤S1中，所述第一表面活性剂的添加量占所述硅藻土质量的15%~20%。
进一步地，步骤S1中，所述纳米二氧化钛的添加量占所述硅藻土质量的12%~18%。
进一步地，步骤S1中，所述煅烧处理的温度为：以1℃/min~5℃/min的升温速度升温至450℃~550℃，煅烧处理的时间为1h~3h。
进一步地，步骤S2中，所述第二表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、N-二甲氨基丙基-N-三乙氧基硅烷中的一种。
进一步地，步骤S2中，所述第二表面活性剂的添加量占所述沸石质量的20%~25%。
进一步地，步骤S2中，所述纳米二氧化钛的添加量占所述沸石质量的15%~20%。
进一步地，所述釉料包括以下重量份的制备原料：煅烧高岭土20份~25份、石英15份~20份、白玉刚粉15份~20份、钠长石10份~13份、氧化铝10份~15份、锂辉石9份~11份、镁铝尖晶石9份~12份、促渗透剂0.5份~1份、硅藻土基纳米二氧化钛3份~15份、沸石基纳米二氧化钛5份~7份、钒酸铋1份~7份以及氧化铋1份~5份。
上述方案中通过将优化光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，能解决现有技术中光触媒除甲醛效果差以及抗菌作用差的问题。具体地，将硅藻土进行预处理，能降低硅藻土表面包裹的杂质，再与第一表面活性剂、纳米二氧化钛混合球磨处理，能有助于提高纳米二氧化钛在硅藻土的表面以及硅藻土孔内的吸附能力，提高硅藻土基纳米二氧化钛的光降解性能；沸石具有稳定的化学性能，具有大量均匀的微孔结构以及比表面，经过第二表面活性剂作用，球磨处理形成纳米棒形态，也有助于提高沸石基纳米二氧化钛对甲醛的光降解性，其与硅藻土基纳米二氧化钛协同作用，表现出较强的光降解甲醛性能且性能稳定；钒酸铋与氧化铋复配使用能产生异质结，赋予瓷砖显著的抗菌性能，再与硅藻土基纳米二氧化钛以及沸石基纳米二氧化钛复配使用，颗粒吸附并生长，协同增效，且釉料布施于多孔陶瓷坯表面后，瓷砖表面的亲水特性也有助于提高甲醛的降解率，也能体现一定的降解甲醛效果。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“ 及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1.将硅藻土进行预处理，待预处理完成后，加入去离子水、第一表面活性剂以及纳米二氧化钛，在一次球磨处理后，经过离心处理、洗涤处理以及煅烧处理后，得到硅藻土基纳米二氧化钛；
S2.将沸石与纳米二氧化钛混合均匀，然后加入去离子水、第二表面活性剂，在二次球磨处理后，经过离心处理、洗涤处理以及干燥处理后，得到沸石基纳米二氧化钛；
S3.将所述硅藻土基纳米二氧化钛、所述沸石基纳米二氧化钛、钒酸铋以及氧化铋混合均匀，得到混合物；
S4.将煅烧高岭土、石英、白玉刚粉、钠长石、氧化铝、锂辉石以及镁铝尖晶石混合均匀，加入去离子水，在三次球磨处理后，加入所述混合物以及促渗透剂，在四次球磨处理后，得到釉料；
S5.将所述釉料布施于多孔陶瓷坯体表面，烧制处理，得到光触媒除甲醛瓷砖。
在其中一个实施例中，所述预处理为：往硅藻土中加入质量百分比浓度为98%的硫酸，加热至120℃~150℃，预处理1h~3h，然后冷却至室温，继续搅拌处理40min~60min，抽滤处理，取滤饼，再洗涤所述滤饼后，得到预处理硅藻土。经过预处理后，能降低硅藻土含有的杂质，如氧化钙、氧化镁、氧化铁等，使得硅藻土裸露更多的微孔，有助于增加纳米二氧化钛的附着点。
在其中一个实施例中，步骤S1中，所述第一表面活性剂为六次甲基四胺、三乙醇胺以及琥珀酸二辛酯磺酸钠中的一种或多种的混合。
在其中一个实施例中，步骤S1中，所述第一表面活性剂的添加量占所述硅藻土质量的15%~20%。
在其中一个实施例中，步骤S1中，所述纳米二氧化钛的添加量占所述硅藻土质量的12%~18%。
在其中一个实施例中，步骤S1中，所述一次球磨处理的条件为：球磨处理的速度为120r/min~150r/min，时间为20min~45min。
在其中一个实施例中，步骤S1中，所述煅烧处理的温度为：以1℃/min~5℃/min的升温速度升温至450℃~550℃，煅烧处理的时间为1h~3h。限制了煅烧处理的温度以及时间，能降低纳米二氧化钛的发生团聚，保证硅藻土上纳米二氧化钛的附着效果。
在其中一个实施例中，步骤S2中，所述第二表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、N-二甲氨基丙基-N-三乙氧基硅烷中的一种。
在其中一个实施例中，步骤S2中，所述第二表面活性剂的添加量占所述沸石质量的20%~25%。
在其中一个实施例中，步骤S2中，所述二次球磨处理的条件为：球磨处理的速度为100r/min~150r/min，时间为30min~45min。
在其中一个实施例中，步骤S2中，所述纳米二氧化钛的添加量占所述沸石质量的15%~20%。
在其中一个实施例中，步骤S2中，所述干燥处理的温度为65℃~80℃，时间为15min~30min。
在其中一个实施例中，步骤S4中，所述三次球磨处理的条件为：球磨处理的速度为150r/min~200r/min，时间为1h~3h。
在其中一个实施例中，步骤S4中，所述四次球磨处理的条件为：球磨处理的速度为100r/min~120r/min，时间为30min~45min。
在其中一个实施例中，步骤S5中，所述多孔陶瓷坯体的孔隙率为32%~36%。多孔陶瓷坯体具有较高的孔隙率能有助于釉料填充空隙，且在促促渗透剂的作用下，也进一步促进有效成分在多孔陶瓷坯体内附着，使得光触媒除甲醛瓷砖具有更持久的降解甲醛的效果。
在其中一个实施例中，步骤S5中，所述釉料的布施厚度为0.5mm~1.2mm。
在其中一个实施例中，步骤S5中，所述烧制处理的温度为1110℃~1120℃，时间为5h~8h。
在其中一个实施例中，所述釉料包括以下重量份的制备原料：煅烧高岭土20份~25份、石英15份~20份、白玉刚粉15份~20份、钠长石10份~13份、氧化铝10份~15份、锂辉石9份~11份、镁铝尖晶石9份~12份、促渗透剂0.5份~1份、硅藻土基纳米二氧化钛3份~15份、沸石基纳米二氧化钛5份~7份、钒酸铋1份~7份以及氧化铋1份~5份。
在其中一个实施例中，所述促渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、磷酸脂中的一种。
上述方案中通过将优化光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，能解决现有技术中光触媒除甲醛效果差以及抗菌作用差的问题。具体地，首先将硅藻土进行预处理，能降低硅藻土表面包裹的杂质，再与第一表面活性剂、纳米二氧化钛混合球磨处理，能有助于提高纳米二氧化钛在硅藻土的表面以及硅藻土孔内的吸附能力，提高硅藻土基纳米二氧化钛的光降解性能；沸石具有稳定的化学性能，具有大量均匀的微孔结构以及比表面，经过第二表面活性剂作用，球磨处理形成纳米棒形态，也有助于提高沸石基纳米二氧化钛对甲醛的光降解性，其与硅藻土基纳米二氧化钛协同作用，表现出较强的光降解甲醛性能且性能稳定；钒酸铋与氧化铋复配使用能产生异质结，赋予瓷砖显著的抗菌性能，再与硅藻土基纳米二氧化钛以及沸石基纳米二氧化钛复配使用，颗粒吸附并生长，协同增效，且釉料布施于多孔陶瓷坯表面后，瓷砖表面的亲水特性也有助于提高甲醛的降解率，也能体现一定的降解甲醛效果。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1~3：
实施例1~3的区别在于制备原料的成分以及成分配比不同，具体如表1所示，制备方法如下：
一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，包括以下步骤：
S1.将硅藻土进行预处理，且所述预处理为：往硅藻土中加入质量百分比浓度为98%的硫酸，加热至120℃，预处理2h，然后冷却至室温，继续搅拌处理40min，抽滤处理，取滤饼，再洗涤所述滤饼后，得到预处理硅藻土，待预处理完成后，加入去离子水、占所述硅藻土质量18%的六次甲基四胺以及占所述硅藻土质量12%的纳米二氧化钛，在120r/min的条件下球磨处理20min后，经过离心处理、洗涤处理，再以3℃/min的升温速度升温至550℃煅烧处理1h后，得到硅藻土基纳米二氧化钛；
S2.将沸石与占所述沸石质量20%的纳米二氧化钛混合均匀，然后加入去离子水、占所述沸石质量25%的十六烷基三甲基溴化铵，在150r/min条件下球磨处理45min后，经过离心处理、洗涤处理，于80℃条件下干燥处理15min后，得到沸石基纳米二氧化钛；
S3.将所述硅藻土基纳米二氧化钛、所述沸石基纳米二氧化钛、钒酸铋以及氧化铋混合均匀，得到混合物；
S4.将煅烧高岭土、石英、白玉刚粉、钠长石、氧化铝、锂辉石以及镁铝尖晶石混合均匀，加入去离子水，在150r/min条件下球磨处理1h后，加入所述混合物以及脂肪醇聚氧乙烯醚，在100r/min条件下球磨处理30min后，得到釉料；
S5.将所述釉料布施于孔隙率为36%的多孔陶瓷坯体表面，于1120℃条件下烧制处理5h，且釉料的厚度为1mm，得到光触媒除甲醛瓷砖。
对比例1~5：
对比例1~5与实施例3的区别在于制备原料以及制备原料配比不同，具体如表1所示，其它与实施例3相同。
对比例6：
对比例6与实施例3的区别在于，对比例6中硅藻土未经过预处理，其它与实施例3相同。
对比例7：
对比例7的与实施例3的区别在于，对比例7中的未加入六次甲基四胺，其它与实施例3相同。
对比例8：
对比例8与实施例3的区别在于，对比例8中未添加十六烷基三甲基溴化铵，其它与实施例3相同。
对比例9：
一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，包括以下步骤：
S1.将12.5份硅藻土、4.2份沸石、2.3份纳米二氧化钛、钒酸铋以及氧化铋混合均匀，得到混合物；
S2.将煅烧高岭土、石英、白玉刚粉、钠长石、氧化铝、锂辉石以及镁铝尖晶石混合均匀，加入去离子水，在150r/min条件下球磨处理1h后，加入所述混合物以及脂肪醇聚氧乙烯醚，在100r/min条件下球磨处理30min后，得到釉料；
S3.将所述釉料布施于孔隙率为36%的多孔陶瓷坯体表面，于1120℃条件下烧制处理5h，且釉料的厚度为1mm，得到光触媒除甲醛瓷砖。
表1：
将实施例1-3的除甲醛瓷砖以及对比例1-9的瓷砖分别放置于试验舱中，再根据QB/T 2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法》用于测定甲醛去除效果，作用时间是24h，结果如表2所示。
表2：
从表2的数据分析可知，本申请将硅藻土基纳米二氧化钛、沸石基纳米二氧化钛、钒酸铋以及氧化铋复配使用，协同增效，达到了1+1＞2的效果。对比例1~5与实施例3的区别在于制备原料的不同，但是对甲醛的去除效果明显降低，说明了本申请中添加硅藻土基纳米二氧化钛、沸石基纳米二氧化钛、钒酸铋以及氧化铋能赋予瓷砖优异的甲醛降解效果；对比例6与实施例3的区别在于对比例6中硅藻土未经过预处理，导致其甲醛的去除效果明显比实施例3差，说明了本申请对硅藻土进行处理后，在一方面能提供纳米二氧化钛的附着，使其在体系能更稳定，还能协同纳米二氧化钛，赋予了表面更多的羟基分子，促进甲醛被羟基分子吸附，起到优异的甲醛去除效果；对比例7以及对比例8与实施例3的区别均在于未加入表面活性剂，但是甲醛的去除效果比实施例3的差，说明了本申请添加表面活性剂对材料进行处理后，表面生成纳米棒状，有助于提高对甲醛的吸附；对比例9的制备方法与实施例3不同，但是其甲醛的去除效果明显比实施例3差，说明了本申请中工艺对制备的瓷砖也起到了一定影响，本申请作为一个完整的技术方案，提供了具有显著去除甲醛效果的瓷砖。
另外，对实施例3制备的瓷砖以及对比例1~5制备的瓷砖进行抗菌试验，抗菌性能参考JC/T897-2014(2017)，结果如下表3所示。
表3：
从表3的数据分析可知，本申请制备的光触媒除甲醛还具有显著的抗菌效果，由于瓷砖表面的羟基分子增加，再结合钒酸铋与氧化铋的协同作用，不仅能增加光催化效果，还显著提高了抗菌效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种光触媒除甲醛瓷砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1.将硅藻土进行预处理，待预处理完成后，加入去离子水、第一表面活性剂以及纳米二氧化钛，在一次球磨处理后，经过离心处理、洗涤处理以及煅烧处理后，得到硅藻土基纳米二氧化钛；
其中，所述第一表面活性剂为六次甲基四胺；
所述预处理为：往硅藻土中加入质量百分比浓度为98%的硫酸，加热至120℃~150℃，预处理1h~3h，然后冷却至室温，继续搅拌处理40min~60min，抽滤处理，取滤饼，再洗涤所述滤饼后，得到预处理硅藻土；
所述煅烧处理的温度为：以1℃/min~5℃/min的升温速度升温至450℃~550℃，煅烧处理的时间为1h~3h；
S2.将沸石与纳米二氧化钛混合均匀，然后加入去离子水、第二表面活性剂，在二次球磨处理后，经过离心处理、洗涤处理以及干燥处理后，得到沸石基纳米二氧化钛；
其中，所述第二表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵；
S3.将所述硅藻土基纳米二氧化钛、所述沸石基纳米二氧化钛、钒酸铋以及氧化铋混合均匀，得到混合物；
S4.将煅烧高岭土、石英、白玉刚粉、钠长石、氧化铝、锂辉石以及镁铝尖晶石混合均匀，加入去离子水，在三次球磨处理后，加入所述混合物以及促渗透剂，在四次球磨处理后，得到釉料；
其中，所述釉料包括以下重量份的制备原料：煅烧高岭土20份~25份、石英15份~20份、白玉刚粉15份~20份、钠长石10份~13份、氧化铝10份~15份、锂辉石9份~11份、镁铝尖晶石9份~12份、促渗透剂0.5份~1份、硅藻土基纳米二氧化钛3份~15份、沸石基纳米二氧化钛5份~7份、钒酸铋1份~7份以及氧化铋1份~5份；
S5.将所述釉料布施于多孔陶瓷坯体表面，烧制处理，得到光触媒除甲醛瓷砖。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一表面活性剂的添加量占所述硅藻土质量的15%~20%。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述纳米二氧化钛的添加量占所述硅藻土质量的12%~18%。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第二表面活性剂的添加量占所述沸石质量的20%~25%。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述纳米二氧化钛的添加量占所述沸石质量的15%~20%。
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