CZ2007627A3 - Zpusob výroby fotokatalytických pigmentu - Google Patents

Abstract

Zpusob výroby laciného fotokatalytického pigmentu spocívá v tom, že se hydrolýza solí titanu provádí v prítomnosti laciných prírodních i syntetických substrátu, kterými jsou alumokremicitany (kaolinity, krídy, slídy, cementy a popílky), oxidy nebo sirníky vcetne jejich prekurzoru, jako napríklad ZnO, TiO.sub.2.n., ZnS, nebo kombinované substráty jako Sorreluv cement, litopony apod. Hydrolýza solí titanu je provádena na makroskopických podkladech z keramiky, skla nebo kovu s kulovitým, válcovitým, sedlovým a kvádrovým tvarem, nebo na sintrech, sítech ci mrížích. Tímto procesem hydrolýzy Ti.sup.4+.n. v prítomnosti výše uvedených substrátu dochází k ukládání vznikajícího TiO.sub.2.n. na povrchu techto substrátu nebo podkladu ve formách, které vykazují fotokatalytickou aktivitu srovnatelnou se samotnými cistými cásticemi TiO.sub.2.n. pripravenými bez techto substrátu, avšak množství použitého TiO.sub.2.n. je nižší a zejména zpracovatelnost vzniklých suspenzí nebo mechanických smesí je na substrátech nebo ve vrstvách na podložkách výrazne jednodušší, zejména z hlediska jejich promývatelnosti a filtrovatelnosti od zbytkových produktu reakce.

Description

Způsob výroby fotokatalytických pigmentů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby fotokatalytického pigmentu na bázi TiO? hvdrolýzou jeho solí v přítomnosti předložených vhodných laciných syntetických nebo přírodních substrátů ve formě prachů nebo jiných podkladů za vzniku snadno zpracovatelných směsí s fotokatalytickými vlastnostmi.

Dosavadní stav techniky

Alkalickou hydrolýzou Ti’ nebo Ti⁴⁺ bez přítomnosti předložených nerozpustných substrátů vznikají fotokatalyticky aktivní částice T1O2 jen za velice přísných podmínek definujících teplotu, čas, pH, alkalické činidlo, při kterých probíhá hydrolýza a které jsou často předmětem patentů. Při těchto syntézách většinou vznikají submikroskopické částice, které jsou většinou obtížně vymývatelné a filtrovatelné od zbytkových reakčnich produktů. Přestože cena takovýchto materiálů je dána především cenou vstupních surovin, náklady na zpracování těchto materiálů po syntéze do jejich finální formy významně k této ceně surovin přispívají a snižují tak rozsah aplikací fotokatalytických pigmentů v praxi.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob výroby fotokatalytického pigmentu na bázi TiCfo jehož podstata spočívá vtom, že hydrolýza solí Ti^?+ nebo Ti⁴', se provádí v přítomnosti předložených přírodních nebo syntetických substrátů nebo v přítomnosti makroskopických mechanických podložek. Výsledkem procesu hydrolýzy jsou nerozpustné fotokatalytickc formy I ÍO2, které se v průběhu hydrolýzy usazují na předložených substrátech, nebo mechanických podložkách. Vzniklé pigmenty a vrstvy jsou potom v této formě snadno zpracovatelné jejich filtrací a promytím, zároveň množství použitého výchozího zdroje Ti⁴' je výrazně omezeno vc srovnání s přípravou fotokatalytických T1O2 částic bez těchto substrátů a podkladů.

Hydrolýzu Ti^J+ nebo Ti⁴⁺ soli lze provádět působením alkalických činidel, jako je močovina, aminy, s výhodou působením laciných vodných roztoků čpavku, NII4OH.

• **····«» • · ♦ · I A* · * A 4« ♦ » · · ♦ *A · »·· ··· AA AA«« a

Jako předložené substráty lze použit laciné, komerčně dostupné průmyslové i přírodní substráty, s výhodou v jejich práškové formě, přičemž výchozí hmotnostní koncentrace těchto substrátů se pohybuje v reakční směsi v rozmezí 1 - 80 hm%.

Předložené substráty jsou materiály na bázi křemičitanů a alumokřemičitanů, kaoliny, mastky, slídy, křídy, popílky nebo jejich směsí, dále oxidy, sirníky a soli kovů, například Si()₂. MgO, ZnO, AI2O3, CaO, FC2O3, MnO₂ nebo prekurzory těchto oxidů, dále sádra, baryt, rutil. dolomit, vápenec, fluorit (kazivec), magnesit, kalcit, grafit, karboraíin, karbid uhlíku SiC,. pyrit (FcS₂), apatit, Thomasova struska, nebo jejich směsí (lithopon, Sorrelův cement).

Jako mechanických podložek lze použít keramické, skleněné produkty nebo sinlry. ve tvaru koulí, kvádrů, válců, sedel, sít a mříží, přičemž výchozí hmotnostní koncentrace těchto podložek ve výchozí reakční směsi je 1 - 80 hm%.

Hmotnostní poměry TiO₂ a předložených substrátů nebo mechanických podložek jsou v závislosti na použitém substrátu nebo podložce 0,05 - 20.

S výhodou lze použít řešení, kdy se do prostředí, ve kterém probíhá hydrolýza TiO₂. použiji dopující přísady tvořené rozpustnými solemi skandia, zinku, ytria, zirkonia, niobu, tantalu, kadmia, hliníku a lanthanoidů, za účelem zvýšení fotokatalytické aktivity pigmentu.

Způsob výroby fotokatalytických pigmentů nebo jejich vrstev podle tohoto vynálezu odstraňuje potíže s jejich zpracováním přímo po syntéze. Pigmenty vzniklé na předložených substrátech nebo vrstvy na mechanických podložkách se dobře filtrují a promývají Použitím substrátu se zároveň omezuje vstupní množství výchozího zdroje Ti⁴' nutného pro přípravu pigmentů nebo vrstev s fotokatalytickým efektem srovnatelným s čistými formami fotokatalytického TiO₂. Oba parametry, efektivnost zpracování i nižší spotřeba výchozích surovin, se musí projevit v nižší ceně fotokatalytického produktu. Způsob podle vynálezu zahrnuje jednoduchý technologicky nenáročný způsob výroby laciných fotokatalytických pigmentů a jeho vrstev na bázi TiO₂, které jsou vhodné pro široké použití v dalších aplikacích využívajících fotokatalytického jevu.

«<·· » · · · · ♦· • · · ··· · · ·· • « · · ·* ·· « · *· ·

Příklad provedení vynálezu

Příklad 1

Do vody sc předloží bílý portiandský cement a do vzniklé suspenze se za míchání přidává roztok TÍOSO4 (s koncentrací 11.6% T1O2) a odpovídající množství močoviny. Směs se zahřívá po dobu 6 hodin pod refluxem. Suspenze byla /filtrována a promyta destilovanou vodou do vymizení SO4 ý indikovaných pomocí Ba . Po volném vysušení a rozemletí produktu byl získán fotokatalytický pigment v množství 92% teoretického výtěžku.

Příklad 2

Do vodní suspenze kaolinitu (Fluka) a přidává postupně roztok I ÍOSO4 (s koncentrací 11,6% TiO?) a odpovídající množství močoviny. Směs je zahřívána po dobu 6 hodin pod refluxem. Suspenze byla /filtrována a promyta destilovanou vody do vymizení SO./', indikovaných pomocí Ba²'. Po volném vysušení a rozemletí produktu byl získán fotokatalytický pigment ve výtěžku 101% teoretického množství.

Příklad 3

Do vody byly předloženy keramické kuličky (průměr 1-2 mm) a do směsi se přidává postupně roztok TÍOSO4 (s koncentrací 11,6% TÍO2) a odpovídající množství močoviny. Směs je zahřívána po dobu 6 hodin pod refluxem, poté byla /filtrována a promyta destilovanou vody do vymizení SO4Á indikovaných pomoci Ba . Po volném vysušení produktu byl získán fotokatalytický pigment uložený ve vrstvě na povrchu předložených keramických kuliček.

Příklad 4

Do vodní suspenze kaolinitu (Fluka) s přídavkem Ce(S(Ž4)2 sc přidává postupně roztok TÍOSO4 (s koncentrací 11,6% TiO₂) a odpovídající množství močoviny. Směs je zahřívána po dobu 6 hodin pod refluxem. Suspenze byla /filtrována a promyta destilovanou vody do vymizení SO.?', indikovaných pomocí Ba²'. Po volném vysušení a rozemletí produktu bylo získán fotokatalytický pigment ve výtěžku 101% teoretického množství.

• * · · · ♦ 4 ·4 * «4 ···*·· μ * ♦ · 4 4 · » 44 • 44 4444 *t «* _#»,

Průmyslová využitelnost

Způsob technického řešeni výroby laciného fotokatalytického pigmentu v jeho prachové formě nebo ve vrstvě na podložce umožňuje právě z cenových důvodů širokou aplikaci těchto fotokatalytických pigmentů v praxi tam, kde existuje možnost využití fotoaktalytického jevu a kde dosud z cenových důvodů nebyla tato možnost v praxi využita. V případě prachových produktů sc jedná zejména o použití těchto pigmentů pro přípravu barev pro výrobu samočisticích fasádních a vnitřních nátěrů.

V případě vrstev těchto pigmentů na mechanických podkladech lze tyto kombinované materiály použít pra technologické fotokatalytieke procesy. Příkladem je jejich použití jako náplní refluxních kolon pro rozklady organických látek při jejich současném ozařování UV světlem nebo jako náplně do klimatizačních jednotek aktivované UV zářením.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby fotokatalytických pigmentů z rozpustných solí Ti’^T nebo Ti ů kdy pomocí alkalických činidel přidaných do roztoků těchto solí dochází k hydrolýze těchto iontů a následně k jejich srážení TiO₂ vyznačený tím, že tento proces probíhá v přítomnosti předložených substrátů nebo mechanických podložek.
2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, žc jako předložený substrát lze použít práškové formy přírodních nebo průmyslově vyráběných surovin na bázi křemičitanů a alumokřemičilanů, kaolinů, mastků, slídy, křídy, popílků nebo jejich směsí, dále oxidů, sirníků a solí kovů, například SiO₂ MgO, ZnO. A1₂O₃, CaO, Fe₂O?„ MnO₂ nebo prekurzorů těchto oxidů, dále sádry, barytu, rutilu, dolomitu, vápence, fluoritu (kazivec), magnesitu, kalcitu, grafitu, karborafinu, karbidu uhlíku SiC, pyritu (FeS₂), apatitu, Thomasovy strusky, nebo jejich směsí (lithopon, Sorrelův cement).
3. 3. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že hmotnostní poměry předložených substrátů nebo mechanických podložek a procesem hydrolýzy vzniklého TÍO₂ se pohybují v závislosti na použitém substrátu nebo podložce v rozmezí 0,05 - 20.
4. 4. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že jako mechanickou podložku lze použít keramické, skleněné produkty nebo sintry, ve tvaru koulí, kvádrů, válců, sedel, sít a mříží.
5. 5. Způsob podle nároku 1 vyznačený tím, že koncentrace předložených substrátů nebo mechanických podložek ve výchozích roztocích solí Ti³’ nebo Ti⁴⁺se pohybuje v rozmezí od 1 do 80ti hm.% a reakce probíhá při teplotách od 40 do IOO^yC.
6. 6. Způsob výroby podle nároku 1 vyznačený tím, žc k procesu hydrolýzy TiO₂ se přidávají rozpustné sole prvků vybraných ze skupiny Sc, Zn, Y, Zr, Nb, Cd, Al, Ta a lanthanoidů.