CN1478826A - 一种可见光光催化的光触媒颜料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种可见光光催化的光触媒颜料及其制造方法，它是通过对无机颜料预处理、包膜、浸泡、干燥、煅烧、粉碎及后处理等工艺过程，在粒径为0.2～0.3微米无机颜料表面包覆二氧化钛纳米粒子而制成。它不仅在紫外线下具有光催化作用，而且在可见光下也有光催化作用。它能分解矿化有机物质，可抗菌除臭净化空气；同时又能产生亲水性，能使涂覆面自洁除去污染物，且施工简单。适合于室内外的装饰所用，具有良好的经济效益与社会效益。
Description
技术领域
本发明是一种可见光光催化的光触媒颜料及其制造方法，尤其涉及一种光触媒颜料的生产方法。
背景技术
在光触媒的实际应用中，通常是将以氧化钛为代表的光触媒加工几个纳米的微粒，然后附载在基体材料表面上，使之充分与水分、氧气、光线充分接触，产生大量的OH自由基，分解矿化有机物，达到抗菌除臭防污自清洁的目的。应用最广的负载方法是常温硬化光触媒罩层涂料(中国专利申请01115625.2，01115626.0，)，利用纳米二氧化钛溶胶和有机硅粘结剂，配制成纳米二氧化钛涂料，在载体上形成透明涂层，在紫外线作用下，可以赋予载体光催化分解和光催化亲水功能，达到抗菌、除臭、防污等综合自清洁的目的。但这种涂料对于瓷砖、玻璃、水泥等无机基体材料比较适合，而对更容易污染的有机涂层表面，必须首先涂覆一层隔离层，防止常规有机涂料中有机成膜物质与光触媒的相互作用而导致涂层变黄、褪色、起皮、剥落，在隔离层上再涂覆光触媒透明涂层，这样多次施工，费工费料，装饰成本提高，而且涂层只对紫外光有效，仅适合应用于室外环境，大大限制了光触媒涂料的应用范围。
解决这个问题，一个方案是利用二氧化钛溶胶、颜料、有机硅粘接剂混合配制成遮盖型光触媒涂料，但是由于纳米二氧化钛溶胶在高颜料体积体系中分散较为困难，其应用受到限制。
2001年以氮原子掺杂缺氧型氧化钛为代表的可见光应答型光触媒的开发取得重大突破(中国专利申请01117336.X，00122506.5)，为室内空气净化等领域光触媒的应用奠定了基础。
发明内容
本发明的目的在于提出一种不仅对紫外光有效，而且对可见光也有效，同时具有颜料遮盖作用的二氧化钛光触媒颜料，将其加入有机硅体系等无机粘结剂制备成光光触媒涂料，这种涂料在可见光下就可产生光触媒活性，因此既可作为室外涂料又可作为室内涂料。在施工中是一次涂覆完成，省时省力，降低成本，可以大面积涂布，以数量弥补光触媒光利用率较低的不足。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
在无机颜料的表面包覆一种特殊的二氧化钛纳米粒子，该纳米二氧化钛粒子不仅在紫外线下具有光催化作用，而且在可见光下也具有光催化作用，而且还具有颜料的遮盖装饰性能，从而获得一种可见光光催化颜料。
本发明的制造工艺为：
通过对无机颜料预处理、包膜、浸泡、干燥、煅烧、粉碎及后处理等工艺过程，在无机颜料表面包覆二氧化钛纳米粒子获得可见光光催化颜料。
首先，光催化颜料的组成：无机颜料60％～99％(重量)
二氧化钛1％～40％(重量)
其次，可见光光催化颜料的制造工艺：
①颜料的预处理
选择具有较高热稳定性(400℃)的无机颜料，如钛白粉、钛黄、铁红、锌绿、锌白、铬绿、钴绿等等，并粉碎成粒度为325目。
为确保颜料分散均匀，将颜料与水混合，采用沙磨机湿法研磨制备成分散均匀、稳定的颜料水浆。
②包膜
作为二氧化钛的前驱体，可以是四氯化钛、三氯化钛、硫酸氧钛、硫酸钛氨水溶液等钛盐水溶液，也可以是钛酸酯类钛的有机溶液，从易得性、操作安全性等方面考虑，以浓度为40～100g/l(按二氧化钛计)的硫酸氧钛水溶液。
作为水解包膜的碱性化学品，使用氨水溶液(重量百分比10％～20％)。
本发明是在粒径为0.2～0.3微米无机颜料表面包覆二氧化钛纳米粒子，根据颜料的不同属性，分别有三种包膜处理工艺。
A)在颜料的颜料水浆中，同时加入钛盐溶液和氨水溶液，并不断搅拌，保持反应过程中的PH＝6～8，沉降30～40分钟。
B)在颜料的颜料水浆中，先加氨水，然后再缓慢加入钛盐溶液，并不断搅拌，最终控制PH＝4～8，反应后静置沉降30～40分钟。
C)在颜料的颜料水浆中，先加入钛盐溶液，然后缓慢滴加氨水溶液，并不断搅拌，最终控制PH＝4～8，反应后静置沉降30～40分钟。
上述三种不同的包膜处理工艺，要计算控制颜料、钛盐溶液的加量，使最终光催化颜料中颜料含量60％～99％(重量)、二氧化钛含量1％～40％(重量)。如果光催化颜料中二氧化钛含量高于40％，则光催化颜料的颜料性能就会受到影响，如果光催化颜料中颜料超过99％，则光催化颜料的光催化性能不足，在包膜过程中均要控制温度在40℃以下，比较好的状态控制在20℃以下，最佳状态温度控制在5℃以下。如果温度过高，会导致钛盐溶液热水解，影响包膜效果。包膜剂的浓度也会影响包膜效果。钛盐溶液的浓度也要控制，采用硫酸氧钛时，浓度低于40g/l，则硫酸氧钛易发生热水解，不稳定；如果高于400g/l也会影响包膜质量。氨水溶度控制在10～20％(重量)为宜。在包膜过程中，氨水溶液应缓慢滴加，不宜过快，否则温度升高，不利于包膜。
③浸泡
将已包膜处理后的颜料水浆过滤，其滤饼用去离子水打浆；然后用10～20％(重量)的氨水溶液浸泡，其加入量为包膜处理时用量的5～10倍(体积)，浸泡24～48小时。
④干燥
将浸泡后的颜料水浆过滤，其滤饼置烘箱中在50℃～150℃的温度下干燥到水含量低于5％。
⑤煅烧
在常压下，将干燥后的颜料用马福炉在300℃～600℃的温度下煅烧1～2小时，煅烧后光催化颜料中的二氧化钛的锐钛晶型含量要大于90％。
在煅烧过程中，如果温度低于300℃，则无法得到锐钛型二氧化钛；如果温度高于600℃，则二氧化钛晶型由锐钛型转变为金红石型，降低了颜料的光催化活性。煅烧温度最好控制在350℃～450℃。
⑥粉碎
煅烧后的光催化颜料用雷蒙机或气流粉碎机等设备进行粉碎成325目细粉。
⑦后处理
将⑥粉碎后的粉体用去离子水打浆，洗涤除去颜料成品中所含水溶性物质，其洗涤滤液电阻率控制在3000Ω.cm以上。然后脱水、干燥、粉碎，得到可见光光催化颜料成品。
本发明特点及其应用
1，本发明是在无机颜料的表面包覆一种特殊的二氧化钛纳米粒子，该纳米二氧化钛粒子不仅在紫外线下具有光催化作用，而且在可见光下也具有光催化作用，而且还具有颜料的遮盖装饰性能，从而获得一种可见光光催化颜料。
2，可见光光催化颜料，除了具备一般颜料的高遮盖性和色调多样性外，其最大的特点是与有机硅等无机涂料体系制备成可见光光催化彩色系列涂料。这种新型的可见光光催化涂料，可广泛用于建筑业、装潢业，如国际大都市中高架、立交、轻轨、文娱、体育馆场所、活动中心和旅游纪念等标志性高大建筑、以及居民住宅等室内外装饰用涂料。
3，应用本发明的颜料所生产的涂料具有原来普通涂料和光催化涂料的性能，其最大特点在于具有可见光光催化作用，能分解矿化有机物质，可抗菌除臭净化空气；同时它又能产生亲水性，能使涂复面自洁除去污染物。
4，应用本发明的颜料所生产涂料在施工涂复工艺与普通涂料类同，但比光催化罩层涂料施工简单得多，可一次涂覆完工，不必涂覆中间隔离层，这样省工省料又省钱，同时还提高涂层质量，此新型涂料最适合于城市大型公共设施室内外的装饰所用，具有良好的经济效益与社会效益。
实施例例一：116份含TiO24.4％硫酸氧钛水溶液，用100份水稀释20份320目的钛白粉混合在这溶液中，然后慢慢滴加15％的氨水溶液，至PH＝7，继续搅拌15分钟，沉降15分钟，过滤洗涤。将滤饼用去离子水打浆，取15％的氨水浸泡24小时，过滤，在400摄氏度下煅烧1小时，得到白色粉末(产品a)，即光触媒颜料。例二：116份含TiO24.4％硫酸氧钛水溶液，用100份水稀释20份320目的铁红颜料混合在这溶液中，然后慢慢滴加15％的氨水溶液，至PH＝7，继续搅拌15分钟，沉降15分钟，过滤洗涤。将滤饼用去离子水打浆，取15％的氨水浸泡24小时，过滤，在400摄氏度下煅烧1小时后，通过人工研磨得到红色粉末(产品b)，颜料包膜前后的色差很小。例三：将例一、例二的产品用甲醛分析器分析，80ppm甲醛气体反应2小时，产品a分解率达80％，产品b分解率达75％产品。
Claims (14)
1，一种可见光光催化的光触媒颜料，其特征在于它是在无机颜料的表面包覆一种不仅在紫外线下具有光催化作用，而且在可见光下也具有光催化作用且还具有颜料的遮盖装饰性能的二氧化钛纳米粒子。
2，如权利要求1所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于其制造方法是通过对无机颜料预处理、包膜、浸泡、干燥、煅烧、粉碎及后处理等工艺过程，在粒径为0.2～0.3微米无机颜料表面包覆二氧化钛纳米粒子而制成。
3，如权利要求2所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于光催化颜料的组成：无机颜料60％～99％(重量)；二氧化钛1％～40％(重量)。
4，如权利要求2所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于预处理工艺为选择具有较高热稳定性(400℃)的无机颜料，并粉碎成粒度为325目；将颜料与水混合，研磨制备成分散均匀、稳定的颜料水浆。
5，如权利要求2所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于包膜工艺是以浓度为40～100g/l(按二氧化钛计)的钛盐溶液和氨水溶液；作为水解包膜的碱性化学品，使用氨水溶液(重量百分比10％～20％)。
6，如权利要求5所述的光触媒颜料制造工艺，其特征在于作为二氧化钛的前驱体，可以是四氯化钛、三氯化钛、硫酸氧钛、硫酸钛氨水溶液等钛盐水溶液。
7，如权利要求5所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于根据颜料的不同属性，分别有三种包膜处理工艺，其一为：在前述颜料水浆中，同时加入钛盐溶液和氨水溶液，并不断搅拌，保持反应过程中的PH＝6～8，沉降30～40分钟。
8，如权利要求5所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于根据颜料的不同属性，分别有三种包膜处理工艺，其二为：在前述颜料水浆中，先加氨水，然后再缓慢加入钛盐溶液，并不断搅拌，最终控制PH＝4～8，反应后静置沉降30～40分钟。
9，如权利要求5所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于根据颜料的不同属性，分别有三种包膜处理工艺，其三为：在前述颜料水浆中，先加入钛盐溶液，然后缓慢滴加氨水溶液，并不断搅拌，最终控制PH＝4～8，反应后静置沉降30～40分钟。
10，如权利要求2所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于将已包膜处理后的颜料水浆过滤，其滤饼用去离子水打浆；然后用10～20％(重量)的氨水溶液浸泡，其加入量为包膜处理时用量的5～10倍(体积)，浸泡24～48小时。
11，如权利要求2所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于将浸泡后的颜料水浆过滤，其滤饼置烘箱中在50℃～150℃的温度下干燥到水含量低于5％。
12，权利要求2所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于将干燥后的颜料用马福炉在常压下和300℃～600℃的温度下煅烧1～2小时，煅烧后光催化颜料中的二氧化钛的锐钛晶型含量要大于90％。
13，如权利要求12所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于煅烧温度最好控制在350℃～450℃。
14，如权利要求2所述的光触媒颜料的制造工艺，其特征在于煅烧后的光催化颜料用雷蒙机或气流粉碎机等设备进行粉碎成325目细粉；再粉碎后的粉体用去离子水打浆，洗涤除去颜料成品中所含水溶性物质，其洗涤滤液电阻率控制在3000Ω.cm以上；然后脱水、干燥、粉碎，得到可见光光催化颜料成品。
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