CN1712126A - 蓄能光催化材料 - Google Patents
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Abstract
蓄能光催化材料，将蓄能长余辉发光材料和光催化材料通过以下任意一种方式复合在一起形成新的蓄能光催化材料：(1)将蓄能发光材料在各种衬底上制备成发光釉，然后将光催化材料在发光釉表面固定；(2)将蓄能发光材料制备成发光陶瓷，然后将光催化材料在发光陶瓷表面固定；(3)将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将光催化材料在表面固定；(4)将蓄能发光材料和光催化材料混合于涂料内，制备成具有蓄能光催化作用的功能涂料；(5)将蓄能发光材料制成发光油漆，然后在油漆表面固定光催化材料；(6)将蓄能发光材料制成发光油墨，固化后在油墨表面固定光催化材料。本发明能同时具有夜晚自发光特性和光照下降解污染的能力，而且长余辉蓄能发光材料的缓释自发光能为光催化材料提供光源，实现无外光照射下的催化降解功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄能光催化材料，可以用于陶瓷、玻璃、涂料、塑料、油漆、油墨等行业，进行有机物降解、细菌杀灭和夜晚装饰。
背景技术
随着人们生活水平和健康意识的提高，对生活质量的要求越来越高，生活在美丽而洁净的环境中是人们的普遍追求。
纳米光催化材料例如TiO2和ZnO，在外界光的照射下，能有效地分解周围环境中的有机污染物和细菌，为人们提供一个清洁的环境。长余辉蓄能发光材料能够吸收外部光包括紫外光，太阳光，照明用光等，当光源关闭时能够缓慢发光，从而具有显示装饰功能。如果将这两种材料相结合，那么在发挥各自功能的基础上，可以设想长余辉发光材料能够为光催化材料提供光源，从而实现蓄能光催化。
本发明拟提出蓄能光催化材料这样一种材料，将长余辉蓄能发光材料和光催化材料相结合，实现长余辉蓄能发光与光催化的协同作用，提高光催化效果，实现无光照时的催化降解作用。关于这方面的技术，查阅了大量的文献资料没有发现相近的内容在期刊、杂志、手册和书籍上等发表。查阅中国专利数据库，没有发现相近发明专利。查阅世界专利数据库，发现美国专利6569386曾提出利用蓄能发光材料为TiO2提供光源，实现黑暗中对NH3的降解，但是此专利没有解决蓄能发光材料不抗水解的问题，不能用在高湿度甚至水溶液环境中，且此专利没有给出吸光以后在黑暗中的降解作用结果，而是在光照下进行测试，并不能证明蓄能发光材料对光催化的作用。美国专利6429169将蓄能发光材料与TiO2进行颗粒复合，也没有解决不抗水解的问题，且此专利也没有给出具体的实例证明黑暗中蓄能发光材料对光催化的作用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种能将长余辉蓄能发光材料和光催化材料相结合，实现长余辉蓄能发光与光催化的协同作用，提高光催化效果，实现无光照时的催化降解作用的蓄能光催化材料。
本发明的技术解决方案是：蓄能光催化材料，其特点在于：将蓄能发光材料和光催化材料通过以下任意一种方式复合在一起形成新的蓄能光催化材料：
(1)将蓄能发光材料在各种衬底上制备成发光釉，然后将光催化材料在发光釉表面固定；
(2)将蓄能发光材料制备成发光陶瓷，然后将光催化材料在发光陶瓷表面固定，对于易水解的发光材料，在制备陶瓷时加入玻璃形成相进行包裹，或在制备完陶瓷后在表面包覆一层耐水薄膜；
(3)将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将光催化材料在表面固定；
(4)将蓄能发光材料和光催化材料混合于涂料内，制备成具有蓄能光催化作用的功能涂料，此种方式的结合，用于水性涂料时需在易水解的长余辉发光材料表面包覆一层耐水薄膜；
(5)将蓄能发光材料制成发光油漆，然后在油漆表面固定光催化材料；
(6)将蓄能发光材料制成发光油墨，固化后在油墨表面固定光催化材料。
上述的蓄能发光材料成分为aMO·bAl2O3·cSiO2·dB2O3∶RE，M′，其中a＝1～4，b＝0～7，c＝0～2，d＝0～0.10，RE为稀土元素，M为除稀土元素以外的金属元素，M′为金属元素；光催化材料为TiO2或ZnO。
本发明与现有技术相比的优点是：能同时具有夜晚自发光特性和光照下降解污染的能力，而且长余辉蓄能发光材料的缓释自发光能为光催化材料提供光源，实现无外光照射下的催化降解功能。
附图说明
图1为本发明的蓄能光催化材料对罗丹明B的降解曲线图；
图2为本发明的蓄能光催化材料对甲基橙的降解曲线图。
实施方式
实施例1
此实施例是将蓄能发光材料在各种衬底上制备成发光釉，然后将光催化材料在发光釉表面固定的一个例子。所述的各种衬底可以为耐高温陶瓷、金属或搪瓷等。
下面是具体制备步骤：
(1)将陶瓷釉熔块粉、绿色长余辉发光粉SrO·Al2O3·0.05B2O3∶Dy，Eu(200目)、CMC、膨润土按50∶48∶1∶1称量，用水为介质将各原料球磨混合成均匀浆料；
(2)将此浆料均匀施于不锈钢表面，90℃干燥后，于空气煅烧炉中于760℃快速烧成发光釉；
(3)将TiO2溶胶施于发光釉层表面，90℃干燥后，于空气煅烧炉中450℃煅烧2小时得到蓄能光催化材料。
实施例2
此实施例是将蓄能发光材料在各种衬底上制备成发光釉，然后将光催化材料在发光釉表面固定的另一例子。
下面是具体的制备步骤：
(1)将陶瓷釉熔块粉、蓝色长余辉发光粉4SrO·7Al2O3·0.03B2O3∶Nd，Eu(200目)、膨润土按50∶50∶0.5称量，用浓度为1％的CMC溶液混合成均匀浆料；
(2)将此浆料均匀施于光滑陶瓷表面，90℃干燥后，于空气煅烧炉中于790℃快速烧成发光釉；
(3)将TiO2溶胶施于发光釉层表面，90℃干燥后，于空气煅烧炉中500℃煅烧1小时即得蓄能光催化材料。
实施例3
此例是将蓄能发光陶瓷与光催化材料复合的一个例子。
具体的制备步骤是：
(1)将蓝色发光粉末4SrO·7Al2O3·0.05B2O3∶Nd，Eu和5％浓度的粘合剂聚乙烯醇(PVA)水溶液混合均匀，在模具中压制成一定的形状，在600℃煅烧2小时；
(2)然后于弱还原气氛(5％H2+95％N2)下1350℃煅烧3小时得到发光陶瓷；
(3)将TiO2溶胶施于发光陶瓷表面，90℃干燥后，于空气煅烧炉中550℃保温1小时得到蓄能光催化材料。。
实施例4
此实施例是将蓄能发光陶瓷与光催化材料复合的另一个例子。
下面是具体的制备步骤：
(1)将蓝色发光粉末4SrO·7Al2O3·0.05B2O3∶Nd，Eu和粘合剂磷酸铝用水混合均匀，在模具中形成一定的形状，在600℃煅烧2小时得到发光陶瓷；
(2)将TiO2溶胶施于发光陶瓷表面，90℃干燥后，于空气煅烧炉中400℃保温2小时得到蓄能光催化材料。
实施例5
此例是将蓄能发光玻璃与光催化材料复合的一个例子。
下面是具体的制备步骤：
(1)实验所用玻璃载体的组成为：
30SiO2·20B2O3·20BaO·5ZnO·15Na2O·10K2O，将原料混合球磨均匀，1200℃保温1小时，然后水淬制得低熔点的硼硅酸盐玻璃粉末；
(2)以该低熔点玻璃粉末和SrO·Al2O3·0.05B2O3∶Dy，Eu绿色发光粉末以75∶25比例混合均匀，在800℃条件下保温30分钟，制得外观和性能良好的光致发光玻璃；
(3)将ZnO溶胶施于发光玻璃表面，80℃干燥后，于空气煅烧炉中500℃保温3小时得到蓄能光催化材料。
实施例6
此例是将蓄能发光玻璃与光催化材料复合的另一例子。
下面是具体的制备步骤：
(1)实验所用玻璃载体的组成为18SiO2·45B2O3·25BaO·12Na2O，将原料混合球磨均匀，1180℃保温2小时，然后水淬制得低熔点的硼硅酸盐玻璃粉末；
(2)以该低熔点玻璃粉末和蓝色4SrO·7Al2O3·0.02B2O3∶Nd，Eu发光粉末以80∶20比例混合均匀，在810℃条件下保温5分钟，制得外观和性能良好的光致发光玻璃；
(3)将TiO2溶胶施于发光玻璃表面，80℃干燥后，于空气煅烧炉中450℃保温2小时得到蓄能光催化材料；
实施例7
此例是在蓄能发光塑料薄膜表面制备光催化材料的一个例子。
下面是具体的制备步骤：
(1)将30gSrO·Al2O3·0.03B2O3∶Dy，Eu绿色蓄能发光材料粉末加入到40g聚甲基丙烯酸甲酯透明塑料中，挤压、造粒、混炼、热压成型制成发光塑料薄膜；
(2)将TiO2溶胶施于发光薄膜表面，室温干燥得到蓄能光催化材料。
实施例8
此例是在蓄能发光塑料薄膜表面制备光催化材料的另一个例子。
下面是具体的制备步骤：
(1)将20gSrO·Al2O3·0.1B2O3∶Dy，Eu绿色蓄能发光材料粉末、30g聚氯乙稀(PVC)树脂，10g邻苯二甲酸二辛酯球磨均匀，然后用压延机压成发光薄膜；
(2)将TiO2溶胶施于发光薄膜表面，40℃干燥即可得到蓄能光催化材料。
实施例9
此例是制备蓄能光催化功能涂料的一个例子。
下面是具体的制备步骤：将10g蓝绿色3SrO·MgO·4SiO2∶Dy，Eu(250目)长余辉发光粉末、0.5gTiO2纳米粉末与200ml商用丙烯酸涂料和0.2g膨润土混合，剧烈机械搅拌均匀，刷涂于墙面，十几分钟后涂料干燥，就可以形成蓄能光催化功能涂料。
实施例10
此例是制备蓄能光催化功能涂料的另一个例子。
下面是具体的制备步骤：将20g CaO·Al2O3·0.04B2O3∶La，Nd，Eu(250目)紫色长余辉发光粉末、1gTiO2纳米粉末与200ml商用丙烯酸涂料、0.1ml磷酸三丁脂和0.3g膨润土混合，剧烈机械搅拌均匀，刷涂于墙面，十几分钟后涂料干燥，就可以形成蓄能光催化功能涂料。
实施例11
此例是制备蓄能光催化功能油漆的一个例子。将蓝色4SrO·7Al2O3·0.05B2O3∶Nd，Eu(200目)长余辉发光粉末与透明丙烯酸油漆混合，搅拌均匀，刷涂于墙面，十几分钟后油漆干燥；再将TiO2溶胶施于发光油漆表面，室温干燥即可得到蓄能光催化功能油漆。
实施例12
此例是制备蓄能光催化功能油墨的一个例子。将调光油∶固化剂∶油墨∶蓝色4SrO·7Al2O3·0.05B2O3∶Nd，Eu长余辉发光粉末(200目)按照100∶15∶15∶100的比例机械搅拌均匀，然后采用丝网印刷工艺印制到白色瓷砖上，置于120℃保温5分钟，让发光油墨完全固化。在固化的油墨表面涂一层TiO2溶胶，90℃干燥即得蓄能光催化油墨。
如图1所示，本发明如实施例2所示的蓄能光催化材料，测试其对罗丹明B溶液的降解能力。将边长为30mm的表面制备蓄能光催化材料的方形面砖用8W黑光灯照射15分钟，然后面朝下悬挂在盛有10ml浓度为2ppm的罗丹明B溶液的不透光烧杯中，使材料表面刚好与溶液的液面接触，溶液的初始浓度为2mg/L。在黑暗中放置一天，测试罗丹明溶液的浓度。然后再将此材料取出再照射15分钟，再放入此罗丹明B溶液中在黑暗中放置一天，测试溶液的浓度。如此反复多次进行，测试结果如图1所示，其中次数是照射和测试一遍的次数。从结果看出，蓄能材料吸收光后，在黑暗中缓慢释放出光，为光催化材料提供光源，从而使有机物降解。
如图2所示，如实施例4所示的蓄能光催化材料，测试其对甲基橙溶液的降解能力。将直径为20mm的蓄能光催化陶瓷片置于50ml浓度为10ppm的甲基橙溶液中，在照明用高压汞灯下进行光照，半小时后测试溶液的吸收谱如图2中a所示，将光源关闭，遮光放置8小时，再次测试溶液的吸收谱如图2中b所示，在465nm处的吸收峰降低，270nm的吸收峰增强，表明甲基橙在蓄能光催化作用下被降解。
Claims (3)
1、蓄能光催化材料，其特征在于：将蓄能长余辉发光材料和光催化材料通过以下任意一种方式复合在一起形成新的蓄能光催化材料：
(1)将蓄能发光材料在各种衬底上制备成发光釉，然后将光催化材料在发光釉表面固定；
(2)将蓄能发光材料制备成发光陶瓷，然后将光催化材料在发光陶瓷表面固定，对于易水解的发光材料，在制备陶瓷时加入玻璃形成相进行包裹，或在制备完陶瓷后在表面包覆一层耐水薄膜；
(3)将蓄能发光材料制成发光玻璃，然后将光催化材料在表面固定；
(4)将蓄能发光材料和光催化材料混合于涂料内，制备成具有蓄能光催化作用的功能涂料，此种方式的结合，用于水性涂料时需在易水解的长余辉发光材料表面包覆一层耐水薄膜；
(5)将蓄能发光材料制成发光油漆，然后在油漆表面固定光催化材料；
(6)将蓄能发光材料制成发光油墨，固化后在油墨表面固定光催化材料。
2、根据权利要求1所述的蓄能光催化材料，其特征在于：所述的蓄能发光材料成分为aMO·bAl2O3·cSiO2·dB2O3：RE，M′，其中a＝1～4，b＝0～7，c＝0～2，d＝0～0.10，RE为稀土元素，M为除稀土元素以外的金属元素，M′为金属元素。
3、根据权利要求1所述的蓄能光催化材料，其特征在于：所述的光催化材料为TiO2或ZnO。
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