CZ307426B6 - Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí - Google Patents

Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí Download PDF

Info

Publication number
CZ307426B6
CZ307426B6 CZ2010-465A CZ2010465A CZ307426B6 CZ 307426 B6 CZ307426 B6 CZ 307426B6 CZ 2010465 A CZ2010465 A CZ 2010465A CZ 307426 B6 CZ307426 B6 CZ 307426B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nanoparticles
tio
sio
range
composite
Prior art date
Application number
CZ2010-465A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2010465A3 (cs
Inventor
Jaromír Jirkovský
Marc Lambrecht
František Peterka
ubrt Jan Ĺ
Original Assignee
Eoxolit Sprl
Jaromír Jirkovský
František Peterka
ubrt Jan Ĺ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eoxolit Sprl, Jaromír Jirkovský, František Peterka, ubrt Jan Ĺ filed Critical Eoxolit Sprl
Priority to CZ2010-465A priority Critical patent/CZ307426B6/cs
Priority to US13/703,265 priority patent/US20130196845A1/en
Priority to EP11734029.9A priority patent/EP2603315A1/en
Priority to BR112012031588A priority patent/BR112012031588A2/pt
Priority to PCT/EP2011/059869 priority patent/WO2011154560A1/en
Publication of CZ2010465A3 publication Critical patent/CZ2010465A3/cs
Publication of CZ307426B6 publication Critical patent/CZ307426B6/cs

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/08—Silica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/26—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
    • B01J31/38—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of titanium, zirconium or hafnium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39—Photocatalytic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • B01J35/45—Nanoparticles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5076—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with masses bonded by inorganic cements
    • C04B41/5089—Silica sols, alkyl, ammonium or alkali metal silicate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/60—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only artificial stone
    • C04B41/61—Coating or impregnation
    • C04B41/65—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/68—Silicic acid; Silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/0081—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as catalysts or catalyst carriers
    • C04B2111/00827—Photocatalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí, sestávající z fotokatalyzátoru a pojiva, kde fotokatalyzátorem jsou neaglomerované nanočástice TiO, nedopovaného nebo dopovaného, suspendované ve vodě nebo ve směsi vody s organickými rozpouštědly, popřípadě ve formě práškového materiálu, a kde pojivem jsou nanočástice SiOve formě stabilizované vodné suspenze. Syntéza této kompozitní soustavy je založena na rozdílu bodu nulového elektrického náboje (pH) nanočástic SiOa TiO, kde přídavkem pufru do rozpouštědla se nastaví takové hodnoty pH, že nanočástice TiOjsou nabity kladně, zatímco nanočástice SiOzáporně, a kde volbou poměru koncentrací nanočástic obou druhů se po smíchání jejich suspenzí, případně vmícháním práškové formy nanočástic TiOdo stabilizované vodné suspenze nanočástic SiO, se působením rozdílných elektrických nábojů nanočástic SiOa TiOnanočástice TiOobklopí stěnou nanočástic SiO, které po vzájemném kontaktu aglomerují do mechanicky stabilní obalové slupky výsledných kompozitních prostorových útvarů.

Description

Oblast techniky
Předmětem vynálezu je způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí.
Dosavadní stav techniky
Fotokatalytická aktivita anatasu, jedné z krystalických forem oxidu titaničitého, umožňuje oxidativní rozklad téměř všech organických struktur, včetně mikroorganismů. Fotokatalytickou degradací dochází k postupné oxidaci organických látek až na konečné anorganické sloučeniny, jimiž jsou voda, oxid uhličitý a příslušné minerální kyseliny, například HNO3, H2SO4, H3PO4, HC1 atd. Fotokatalytická mineralizace probíhá v mnoha následných krocích za přechodného vzniku četných organických meziproduktů. Heterogenní fotokatalýza je založena na pohlcování fotonů polovodičovou elektronovou strukturou anatasu, což vede ke vzniku dvojic kladných a záporných elektrických nábojů. Ty se na povrchu anatasu transformují na vysoce reaktivní nestálé radikály, které následně atakují organické molekuly a mikroorganismy, obsažené v okolním vodném roztoku, popřípadě plynné fázi (ve vzduchu). Tím je zahájen výše zmíněný sled jejich degradačních reakcí, vedoucí až ke konečným minerálním produktům.
Fotokatalytický proces je využívám v různých technických oblastech, například při povrchových úpravách různých materiálů za účelem dosažení jejich samočisticích vlastností a hygienických účinků, které vykazují vrstvy tvořené nanočásticemi anatasu. Na nich dochází působením ultrafialového záření, které je součástí nejen přímého slunečního svitu, ale v menší míře i denního světla v interiérech budov, k fotokatalytické oxidativní degradaci nejen usazených organických látek a mikroorganismů, ale také molekul obsažených v okolním ovzduší, např. těkavých organických látek (pachů) a některých anorganických plynů (oxidů dusíku).
Nevýhodou dosavadních fotokatalytických materiálů je jejich nedostatečná přilnavost k některým druhům materiálů (např. plastům) a dále nežádoucí fotokatalytická degradace organických složek nátěrových systémů, vedoucí k jejich postupné destrukci (např. křídování barev). Fotokatalytická degradace je totiž neselektivní proces, který odbourává jak nežádoucí organické látky, tak i organické molekuly podkladů a pojiv nátěrových hmot. Cílem předloženého vynálezu je potlačit tyto nežádoucí jevy.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí, sestávající z fotokatalyzátoru a pojivá, kde fotokatalyzátorem jsou neaglomerované nanočástice TiO2, nedopovaného nebo dopovaného, suspendované ve vodě nebo ve směsi vody s organickými rozpouštědly, popřípadě ve formě práškového materiálu, a kde pojivém jsou nanočástice SiO2 ve formě stabilizované vodné suspenze. Podstata vynálezu spočívá v tom, že syntéza této kompozitní soustavy je založena na rozdílu bodu nulového elektrického náboje (pHzpc) nanočástic SiO2 a TiO2, kde přídavkem pufru do rozpouštědla se nastaví takové hodnoty pH, že nanočástice TiO2 jsou nabity kladně, zatímco nanočástice SiO2 záporně, a kde volbou poměru koncentrací nanočástic obou druhů po smíchán jejich suspenzí, případně vmícháním práškové formy nanočástic TiO2 do stabilizované vodné suspenze nanočástic SiO2, se nanočástice TiO2 působením rozdílných elektrických nábojů nanočástic SiO2 a TiO2 obklopí stěnou nanočástic SiO2, které po vzájemném kontaktu aglomerují do mechanicky stabilní obalové slupky výsledných kompozitních prostorových útvarů.
- 1 CZ 307426 B6
Do soustavy se dále mohou s výhodou přidat polyfluorované povrchově aktivní látky s kationtovou, aniontovou či neiontovou povahou, nepodléhající fotokatalytická oxidativní degradaci.
Nanočástice TiO2 mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 3000 nm a koncentrace v rozmezí od 5 do 40 hmotn. %, s výhodou mezi 25 a 35 hmotn. % TiO2, a nanočástice SiO2 mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 50 nm a koncentrace v rozmezí 10 až 55 hmotn. %, s výhodou od 30 do 45 hmotn. % SiO2.
Neiontovými povrchově aktivními látkami jsou látky na bázi polytetrafluorethylenu s řetězci obsahujícími 5 až 8 atomů uhlíku, které se přidají v koncentračním rozmezí od 0,1 do 20 hmotn. %, s výhodou v intervalu mezi 1 a 10 hmotn. %.
Iontové, kationtové nebo aniontové povrchově aktivní látky se přidávají v nízkých koncentracích v rozmezí 0,001 až 2 hmotn. %, s výhodou mezi 0,005 a 1 hmotn. %. Umožňují tak i řízený průnik kompositních prostorových útvarů do porézního systému, aby bylo dosaženo optimální požadované funkce.
Jako pufry se používají soli silných kyselin a slabých zásad nebo slabých kyselin a silných zásad, přičemž přídavkem pufru se pH suspenze nastavuje mezi body nulového náboje pHzpc použitých nanočástic SiO2 a nanočástic TiO2. Interval hodnot pH pro vznik kompozitních prostorových útvarů je v rozmezí (pHzpc(SiO2) + pHzpc (TiO2)) / 2 ± 1.
Kompozitní soustava, vytvořená podle tohoto vynálezu, se přidává do výrobků, vybraných ze skupiny, zahrnující nátěrové systémy, výrobky s tuhými minerálními povrchy zahrnující kámen, beton a keramiku, dále plasty, textilie a materiály na bázi celulózy zahrnující dřevo a papír.
Příklady uskutečnění vynálezu
Částice fotokatalyzátoru, zpravidla anatasu nebo anatasu dopovaného kationty resp. anionty dalších prvků za účelem rozšíření jeho spektrální citlivosti do oblasti viditelného světla, případně polovodičové částice jiného chemického složení (např. ZnO, ZnS, WO3, ZrTiO3), jsou umístěny v uzavřených prostorových útvarech zpravidla kulovitého či oválného tvaru, jejichž stěna je tvořena nanočásticemi SiO2. Tyto prostorové útvary jsou stabilizovány přídavkem povrchově aktivních látek, s výhodou sloučenin polyfluorovaných, jež nepodléhají fotokatalytické oxidativní degradaci. Povrchově aktivní látky se na těchto útvarech adsorbují. Tím na nich vytvářejí povrchovou ochrannou vrstvu, která zabraňuje jejich aglomeraci a vypadávání z vodné popř. směsné suspenze, tj. z média, v němž se kompozitní soustava syntetizuje a následně i aplikuje.
Nový kompozitní materiál je vícesložková soustava, sestávající z nanočástic fotokatalyzátoru (např. TiO2) a nanočástic pojivá (např. SiO2), suspendovaných ve vodě nebo ve směsi vody s organickými rozpouštědly, a dále obsahující povrchově aktivní látky (surfaktanty) a sloučeniny pro udržení stálé kyselosti resp. zásaditosti suspenze, tj. konstantní požadované hodnoty pH (pufry). Povrchově aktivní látky mohou mít jak iontovou (kationtovou nebo aniontovou), tak i neiontovou povahu. Jedinečnost takové kompozitní soustavy je dána použitím polyfluorovaných povrchově aktivních látek, které odolávají fotokatalytická oxidativní degradaci.
Fotokatalytické působení kompozitní soustavy zůstává zachováno, neboť primárně fotogenerované hydroxylové radikály (OH*) patrně pronikají stěnami uzavřených prostorových útvarů do okolního prostředí, v němž následně oxidativně atakují jak přítomné organické látky, tak i oxidovatelné anorganické sloučeniny, například kyanidové ionty ve vodné fázi, oxidy dusíku v plynné fázi aj. Možnost průniku malých organických i anorganických molekul z plynné i kapalné fáze do vnitřního prostoru uzavřených kompozitních útvarů může vést ke zvýšení
-2CZ 307426 B6 fotokatalytické účinnosti, a to díky prodlouženému kontaktu odbourávaných molekul s fotokatalyzátorem.
Reakcí OH radikálů s organickými molekulami vznikají příslušné organické radikály, které jsou díky svému nepárovému elektronu velmi reaktivní. Proto rychle aduují vzdušný kyslík za vzniku příslušných peroxylových radikálů, které následně rekombinují nebo disproporcionují popř. eliminují hydroperoxylové radikály (O2H ) za vzniku relativně stálých organických sloučenin, jež jsou oproti výchozím látkám částečně oxidovány. Obdobné následné OH ataky postupně vedou ke vzniku stále více oxidovaných organických sloučenin, přičemž závěrečným stadiem je úplná mineralizace, tj. rozklad na konečné anorganické produkty, oxid uhličitý, vodu a příslušné minerální kyseliny.
Vznik prostorových kompozitních útvarů je založen na využití acidobazických vlastností povrchů tuhých oxidů kovů, které vykazují díky přítomnosti dvou různých typů povrchových atomů kyslíku, a to hydroxylových skupin a můstkových kyslíků, amfotemí charakter. Zatímco hydroxylové skupiny mohou do vodné fáze uvolňovat kladné nabité protony, můstkové atomy kyslíku je z ní naopak mohou vázat. V závislosti na hodnotě pH vodného roztoku se pak ustaví termodynamické rovnováhy těchto procesů protonace a deprotonace, které určí celkový elektrický náboj nanočástic příslušných oxidů. Nanočástice nesoucí souhlasný elektrický náboj se vzájemně odpuzují, čímž je potlačena jejich obecná tendence aglomerovat a následně vypadnout z roztoku. K tomu naopak dochází v bodě nulového elektrického náboje (pHzpc), kdy se počet protonovaných a deprotonovaných povrchových skupin vyrovná a celkový elektrický náboj částic je pak nulový.
Syntéza kompozitního materiálu využívá skutečnosti, že hodnoty pHzpc nanočástic SiO2 a TiO2 jsou rozdílné. Přídavkem pufru lze pak nastavit takovou hodnotu pH, aby nanočástice TiO2 byly převážně proponovány a nabity kladně, zatímco nanočástice SiO2 převážně deprotonovány a nabity záporně. Nastavením přesné hodnoty pH a volbou vhodného poměru koncentrací nanočástic obou druhů lze syntetizovat požadované kompozitní prostorové útvary, u nichž jsou jednotlivé nanočástice TiO2 obklopeny uzavřenou stěnou tvořenou nanočásticemi SiO2. Dlouhodobá stabilita těchto útvarů ve vodné či směsné suspenzi se zajistí přídavkem vhodných povrchově aktivních látek.
Syntéza kompozitní soustavy
Jak bylo uvedeno výše, kompozitní soustava se obecně skládá z pěti složek, a to rozpouštědla, fotokatalyzátoru, pojivá, povrchově aktivních látek a pufru.
Jako rozpouštědlo se použije voda nebo směs vody s organickými rozpouštědly, mísitelnými s vodou, například alkoholy, ketony, apod.
Jako fotokatalyzátor se použijí neaglomerované nanočástice kysličníku titaničitého, buď nedopovaného, nebo dopovaného, ve formě práškového materiálu resp. koloidní suspenze. Použitelné nanočástice TiO2 mohou mít střední velikosti v širokém rozmezí od 5 do 3000 nm, optimální hodnoty jsou mezi 10 a 500 nm. Kromě chemicky čistého TiO2 jsou použitelné též jeho modifikované varianty s absorpcí posunutou do viditelné spektrální oblasti. Vhodné jsou materiály na bázi TiO2 dopované aniony resp. kationy různých prvků (například C, N, S, Zr, V, Mo, Nb a W), směsné oxidy, např. typu TiO2/SiO2, a dále částice TiO2 s povrchově deponovanými ostrůvky kovů, např. Ag, Au a Pt nebo jejich málo rozpustných solí.
Pojivém jsou neagregované nanočástice oxidu křemičitého SiO2 ve formě stabilizované vodné suspenze. Jeho použitelné koncentrace jsou v rozmezí 10 až 55 hmotnostních procent SiO2, zúžený interval optimálních koncentrací je od 30 do 45 hmotn. % SiO2, vhodné je použít komerčně dostupné suspenze s obsahem 30, 40 nebo 45 hmotn. % SiO2. Použitelné střední velikosti nanočástic SiO2 jsou v rozmezí od 5 do 50 nm, optimální interval je mezi 9 a 30 nm,
-3 CZ 307426 B6 vhodné je použít komerčně dostupné suspenze obsahující nanočástice SiO2 se středními velikostmi 9, 15 nebo 30 nm. Ty je možno rovněž kombinovat v libovolných vzájemných poměrech, což je pro některé aplikace vhodnější než použití nanočástic téže střední velikosti.
Poměr koncentrací oxidu křemičitého a oxidu titaničitého se volí s ohledem na použité střední velikosti částic obou druhů. Přitom se vychází z geometrického modelu, kdy je idealizovaná kulovitá nanočástice TiO2 těsně obklopena sférou vzájemně se dotýkajících nanočástic SiO2. Případný vyšší podíl nanočástic SiO2 vede ke vzniku tlustějších stěn SiO2 kolem nanočástic TiO2 popř. ke změně kulovitého tvaru kompozitních prostorových útvarů na tvary oválné. Použitelné koncentrace TiO2 jsou v rozmezí od 5 do 40 hmotn. %, zúžený interval optimálních koncentrací je mezi 25 a 35 hmotn. % TiO2.
Jako neiontové povrchově aktivní látky (surfaktanty) se mohou použít látky na bázi polytetrafluorethylenu s řetězci obsahujícími 5 až 8 atomů uhlíku, které se přidají v koncentračním rozmezí od 0,1 do 20 hmotn. %, optimální hodnoty leží v intervalu mezi 1 a 10 hmotn. %. Iontové surfaktanty, kationtové nebo aniontové, se mohou přidávat v nízkých koncentracích v rozmezí 0,001 až 2 hmotn. %, optimální interval je mezi 0,005 a 1 hmotn. %.
Jako pufry se použijí soli silných kyselin a slabých zásad resp. slabých kyselin a silných zásad. Přídavkem pufru se pH suspenze může nastavit mezi body nulového náboje použitého oxidu křemičitého pHzpc (SiO2) a oxidu titaničitého pHzpc (TiO2). Optimální interval hodnot pH leží v rozmezí (pHzpc (SiO2) + pHzpc (TiO2)) / 2 ± 1.
Kromě míšení koloidních suspenzí nanočástic TiO2 a SiO2 lze kompozitní soustavy připravit s použitím jejich práškových forem, např. vmícháním prášku tvořeného neaglomerovanými nanočásticemi TiO2 do alkalicky stabilizované suspenze nanočástic SiO2. Povrch neaglomerovaných nanočástic TiO2 je totiž i v práškové formě zbytkově protonován, což nanočásticím TiO2 dává celkový kladný náboj. Díky němu pak v prvotní fázi suspendování prášku dochází k asociaci uvolňovaných kladně nabitých nanočástic TiO2 se záporně nabitými nanočasticemi SiO2 za vzniku požadovaných kompozitních prostorových útvarů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Široké možnosti praktického použití nové kompozitní soustavy budou ilustrovány třemi příklady jejích aplikací v oblasti nátěrových hmot, ošetření textilií a povrchové úpravy tuhých materiálů s rozdílnou porózitou. Ve všech těchto případech jsou základem kompozitní suspenze obsahující nanočástice oxidu titaničitého a oxidu křemičitého. Při jejich přípravě se typicky vychází z vodné alkalicky stabilizované suspenze nanočástic SiO2, do níž se vmíchají nanočástice TiO2 ve formě prášku. Množství a vzájemné poměry obou komponent případně další přísady se volí podle zamýšlené aplikace. Při dlouhodobém skladování kompozitní suspenze může docházet k jejímu gelovatění, čemuž se zabrání přídavkem alkalického pufru, udržujícího hodnotu pH nad 8,2.
Připravenou kompozitní soustavu lze přidávat do různých nátěrových hmot za účelem zlepšení jejich užitných vlastností (potlačování pachů fotokatalytickou oxidativní degradací těkavých organických sloučenin, snižování koncentrace oxidů dusíku v ovzduší, získání desinfekčních účinků popř. též samočisticích schopností aj.) Aplikace je možná pro nátěrové systémy ředitelné jak vodou, tak i různými organickými rozpouštědly a týká se rovněž vosků popř. laků na bázi vyšších uhlovodíků (parafinů) či mastných kyselin (olejů).
Pro aplikaci do nátěrových hmot ředitelných vodou je typickým příkladem kompozitní soustavy vodná suspenze obsahující 10 g/1 nanočástic TiO2, 40 g/1 nanočástic SiO2 (nejběžněji o střední velikosti 9 nm a měrném povrchu BET 300 m2/g) a 0,4 až 0,5 g/1 vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní látky. Následné přidání tohoto surfaktantu zvýší stabilitu připravené kompozitní suspenze, zlepší kompatibilitu vzniklých kompozitních prostorových
-4CZ 307426 B6 útvarů s organickými pojivý nátěrových systémů, čímž zároveň potlačí jejich případnou fotokatalytickou degradaci, která by se projevila křídováním nátěru a vedla ke zkrácení jeho životnosti. Pro zvýšení antibakteriálního účinku může být přidán rutil (5 až 20 g/1), tj. nefotoaktivní forma oxidu titaničitého, s povrchově deponovanými ostrůvky elementárního stříbra popř. nerozpustné stříbrné soli. Do nátěrové hmoty se typicky vmíchá 1 až 5 hmotn. % kompozitní suspenze, přičemž pro 3 hmotn. % se fotoaktivita nátěru, testovaná pomocí fotokatalytické oxidace oxidu dusnatého (norma ISO 22197-1), již zpravidla blíží maximální limitní hodnotě.
Za účelem ošetření textilií se používají koncentrovanější kompozitní suspenze s typickým obsahem 100 g/1 nanočástic TiO2, 200 g/1 nanočástic SiO2 a 4 až 5 g/1 vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní sloučeniny. Pro nanášení sprejováním je vhodné zlepšit mechanické vlastnosti suspenze přídavkem dalších složek typu emulgátoru (20 g/1), dispergátoru (40 g/1) popř. tužidla (80 g/1). Antibakteriální efekt lze docílit, podobně jako v případě nátěrových hmot, přídavkem rutilu (5 až 20 g/1) s povrchově deponovaným stříbrem nebo jeho nerozpustnou solí. Jeden litr kompozitní suspenze postačí k povrchovému ošetření cca 20 m1 2 textilních materiálů.
Pro povrchovou úpravu tuhých materiálů (kámen, beton, keramika apod.) se v závislosti na stupni jejich porózity obecně používají dva typy kompozitních soustav. V případě málo porézních nevsákavých povrchů obsahuje typická kompozitní suspenze 10 g/1 nanočástic TiO2, 30 g/1 nanočástic SiO2 (nejvhodněji o střední velikosti 45 nm a měrném povrchu BET 100 m2/g) a 10 g/1 vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní látky. Jeden litr kompozitní suspenze postačí k povrchovému ošetření plochy přibližně 20 až 25 m2. Pro porézní vsákavé povrchy jsou vhodnější koncentrovanější kompozitní suspenze, např. s obsahem 30 g/1 nanočástic TiO2, 120 g/1 nanočástic SiO2 (nejlépe o střední velikosti 30 nm a měrném povrchu BET 300 m2/g), 30 g/1 vhodné neiontové polyfluorované povrchově aktivní látky a navíc též 1 g/1 vhodné iontové polyfluorované povrchově aktivní látky, která usnadní průnik kompozitních prostorových útvarů do hloubky pórů. Jeden litr této kompozitní suspenze postačí k povrchovému ošetření plochy ca 6 až 10 m2.
Průmyslová využitelnost
Hlavní využití tohoto vynálezu je při povrchových úpravách různých materiálů za účelem dosažení jejich samočisticích vlastností a hygienických účinků, které vykazují vrstvy tvořené nanočásticemi fotokatalyzátoru. Tyto materiály zahrnují nátěrové systémy, plasty, betonové zboží, textilie, materiály na bázi celulózy (dřevo, papír) apod. Vynález je využitelný nejenom k fotokatalytické oxidativní mineralízaci usazených organických látek a mikroorganismů, ale také molekul obsažených v okolním ovzduší, např. těkavých organických látek (pachů) a některých anorganických plynů (oxidů dusíku).

Claims (9)

1. Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí, sestávající z fotokatalyzátoru a pojivá, kde fotokatalyzátorem jsou neaglomerované nanočástice TiO2, nedopovaného nebo dopovaného, suspendované ve vodě, nebo ve směsi vody s organickými rozpouštědly, popřípadě ve formě práškového materiálu, a kde pojivém jsou nanočástice SiO2 ve formě stabilizované vodné suspenze, vyznačující se tím, že syntéza této kompozitní soustavy je založena na rozdílu bodu nulového elektrického náboje (pHzpc) nanočástic SiO2 a TiO2, kde přídavkem pufru do rozpouštědla se nastaví takové hodnoty pH, že nanočástice TiO2 jsou nabity
-5CZ 307426 B6 kladně, zatímco nanočástice SiO2 záporně, a kde volbou poměru koncentrací nanočástic obou druhů po smíchání jejich suspenzí, případně vmícháním práškové formy nanočástic TiO2 do stabilizované vodné suspenze nanočástic SiO2, se působením rozdílných elektrických nábojů nanočástic SiO2 a TiO2 nanočástice TiO2 obklopí stěnou nanočástic SiO2, které po vzájemném kontaktu aglomerují do mechanicky stabilní obalové slupky výsledných kompozitních prostorových útvarů.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že do soustavy se dále přidají polyfluorované povrchově aktivní látky, nepodléhající fotokatalytické oxidativní degradaci.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že povrchově aktivní látky mají kationtovou, aniontovou či neiontovou povahu.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že nanočástice TiO2 mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 3000 nm a koncentrace v rozmezí od 5 do 40 hmotn. %, s výhodou mezi 25 a 35 hmotn. % TiO2, a nanočástice SiO2 mají střední velikosti v rozmezí od 5 do 50 nm a koncentrace v rozmezí 10 až 55 hmotn. %, s výhodou od 30 do 45 hmotn. % SiO2.
5. Způsob podle některého z nároku 3 a 4, vyznačující se tím, že neiontovými povrchově aktivními látkami jsou látky na bázi polytetrafluorethylenu s řetězci obsahujícími 5 až 8 atomů uhlíku, které se přidají v koncentračním rozmezí od 0,1 do 20 hmotn. %, s výhodou v intervalu mezi 1 a 10 hmotn. %.
6. Způsob podle některého z nároku 3 a 4, vyznačující se tím, že iontové, kationtové nebo aniontové povrchově aktivní látky se přidávají v nízkých koncentracích v rozmezí 0,001 až 2 hmotn. %, s výhodou mezi 0,005 a 1 hmotn. %.
7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že jako pufry se používají soli silných kyselin a slabých zásad nebo slabých kyselin a silných zásad, přičemž přídavkem pufru se pH suspenze nastavuje mezi body nulového náboje pHzpc použitých nanočástic SiO2 a nanočástic TiO2,
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že interval hodnot pH pro vznik kompozitních prostorových útvarů je v rozmezí (pHzpc(SiO2) + pHzpc(TiO2)) / 2 ± 1.
9. Kompozitní soustava, vytvořená podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se přidává do výrobků, vybraných ze skupiny, zahrnující nátěrové systémy, výrobky s tuhými minerálními povrchy zahrnující kámen, beton a keramiku, dále plasty, textilie a materiály na bázi celulózy zahrnující dřevo a papír.
CZ2010-465A 2010-06-11 2010-06-11 Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí CZ307426B6 (cs)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2010-465A CZ307426B6 (cs) 2010-06-11 2010-06-11 Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí
US13/703,265 US20130196845A1 (en) 2010-06-11 2011-06-14 Colloidal photo-catalytic composition
EP11734029.9A EP2603315A1 (en) 2010-06-11 2011-06-14 Colloidal photo-catalytic composition
BR112012031588A BR112012031588A2 (pt) 2010-06-11 2011-06-14 composição fotocatalítica coloidal
PCT/EP2011/059869 WO2011154560A1 (en) 2010-06-11 2011-06-14 Colloidal photo-catalytic composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2010-465A CZ307426B6 (cs) 2010-06-11 2010-06-11 Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2010465A3 CZ2010465A3 (cs) 2012-01-04
CZ307426B6 true CZ307426B6 (cs) 2018-08-15

Family

ID=44582892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2010-465A CZ307426B6 (cs) 2010-06-11 2010-06-11 Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20130196845A1 (cs)
EP (1) EP2603315A1 (cs)
BR (1) BR112012031588A2 (cs)
CZ (1) CZ307426B6 (cs)
WO (1) WO2011154560A1 (cs)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140256540A1 (en) * 2013-03-08 2014-09-11 Nitto Denko Corporation High surface area photocatalyst material and method of manufacture
US12194439B1 (en) * 2021-06-14 2025-01-14 University Of South Florida Methods for optimizing a transmittance and/or a self-cleaning property of a substrate using a self-cleaning coating

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0923988A1 (en) * 1995-06-19 1999-06-23 Nippon Soda Co., Ltd. Photocatalyst-carrying structure and photocatalyst coating material
WO2010010231A1 (en) * 2008-07-22 2010-01-28 Ahlstrom Corporation Acoustic tile
EP2153897A1 (fr) * 2008-07-25 2010-02-17 Neoformula Consulting & Développement Composition photocatalytique transparente pour éléments de construction intérieurs et extérieurs des bâtiments

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2776944B1 (fr) 1998-04-03 2000-05-12 Ahlstrom Paper Group Research Composition photocatalytique
JP2001179109A (ja) * 1999-12-27 2001-07-03 Yamaha Corp 光触媒顆粒体およびその製造方法
KR101082721B1 (ko) * 2002-05-30 2011-11-15 토토 가부시키가이샤 광촉매성 코팅제, 광촉매성 복합재와 그의 제조방법 및 자기 정화성 수성 도료조성물 및 자기 정화성 부재

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0923988A1 (en) * 1995-06-19 1999-06-23 Nippon Soda Co., Ltd. Photocatalyst-carrying structure and photocatalyst coating material
WO2010010231A1 (en) * 2008-07-22 2010-01-28 Ahlstrom Corporation Acoustic tile
EP2153897A1 (fr) * 2008-07-25 2010-02-17 Neoformula Consulting & Développement Composition photocatalytique transparente pour éléments de construction intérieurs et extérieurs des bâtiments

Also Published As

Publication number Publication date
BR112012031588A2 (pt) 2017-05-16
EP2603315A1 (en) 2013-06-19
WO2011154560A1 (en) 2011-12-15
CZ2010465A3 (cs) 2012-01-04
US20130196845A1 (en) 2013-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI534217B (zh) 抗菌抗病毒性組成物及其製造方法
US8791044B2 (en) Doped titanium dioxide as a visible and sun light photo catalyst
JP6040021B2 (ja) 抗菌抗ウイルス性組成物及びその製造方法
Farrokhpay A review of polymeric dispersant stabilisation of titania pigment
CN101418151B (zh) 具有高效抗菌和空气净化功能的纳米介孔二氧化钛涂料
Huang et al. Synthesis of Neutral SiO2/TiO2 Hydrosol and Its Application as Antireflective Self‐Cleaning Thin Film
CN101378993B (zh) 制备TiO2纳米颗粒水性分散液的方法以及由此所得分散液
WO2014141812A1 (ja) 抗菌抗ウイルス性光触媒酸化チタン、及び中性領域で分散した抗菌抗ウイルス性光触媒酸化チタンスラリー並びにそれらの製造方法
KR20130091482A (ko) 다공성 복합화합물 및 그 제조방법, 다공성 복합화합물을 함유한 시멘트 조성물
Singh et al. Remediation of noxious pollutants using nano-titania-based photocatalytic construction materials: a review
Cheraghcheshm et al. Surface modification of brick by zinc oxide and silver nanoparticles to improve performance properties
Lázaro-Navas et al. Visible light-driven photocatalytic degradation of the organic pollutant methylene blue with hybrid palladium–fluorine-doped titanium oxide nanoparticles
KR20120084438A (ko) 결정질 이산화티타늄 코어-비정질 이산화티타늄 쉘 형태의 이산화티타늄 광촉매, 그 제조방법 및 상기 이산화티타늄 광촉매를 포함한 친수성 코팅제
US20210114893A1 (en) NITROGEN-DOPED TiO2 NANOPARTICLES AND THE USE THEREOF IN PHOTOCATALYSIS
JP4507066B2 (ja) 酸化タングステン含有酸化チタンゾル及びその製造方法並びにコーティング剤及び光機能体
Nadrah et al. Selective degradation of model pollutants in the presence of core@ shell TiO2@ SiO2 photocatalyst
TW201825181A (zh) 光觸媒材料及光觸媒塗料組合物
Kamaruddin et al. Quartz–titania composites for the photocatalytical modification of construction materials
CZ307426B6 (cs) Způsob vytváření kompozitní soustavy s fotokatalytickou funkcí
KR20140028248A (ko) 다공성 복합화합물을 함유하는 페인트 조성물
Fakhrutdinova et al. Synthesis of TiO2 and F-doping TiO2 powders via" reverse" hydrolysis of titanium tetraisopropoxide
US8158553B2 (en) Photocatalyst dispersion element, method for producing photocatalyst dispersion element, photocatalyst body, and method for producing photocatalyst body
Kroftová et al. Nanotechnology In The Cultural Heritage-Influence Of Nanospensions Adopted By Nanoparticles Of Tio2 For Cleaning The Surface Of Historical Plasters
JP2009131756A (ja) 酸化チタン系消臭剤の製造方法
JP3978636B2 (ja) 光触媒膜形成用コーティング組成物

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20240611