玻璃纤维毡-纳米TiO2涂层结构及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种玻璃纤维毡‑纳米TiO2光催化剂涂层结构，其包括玻璃纤维毡基体，和负载于玻璃纤维毡基体表面的纳米TiO2涂层，所述纳米TiO2涂层包括具有10～50nm平均粒径的纳米TiO2颗粒，以玻璃纤维毡基体的重量计，所述纳米TiO2涂层的负载量为5～30重量％。还提供了玻璃纤维毡‑纳米TiO2光催化剂涂层结构的制备方法，其中使用线性钛氧聚合物溶液涂覆玻璃纤维毡基体，干燥、烧结得到玻璃纤维毡‑纳米TiO2光催化剂涂层结构。由该线性钛氧聚合物制备的玻璃纤维毡‑纳米TiO2光催化剂涂层结构具有优异的光催化效应和超亲水效应，并且可以持久使用，可以应用于防臭过滤器、抗菌过滤器、家庭空气净化过滤器、运输车辆净化过滤器、吸烟室过滤器、和家用电器净化器等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于TiO2光催化剂领域，特别是涉及玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构、其制备方法和用途。
技术介绍
近年来，随着全球工业化进程的加速，环境污染问题日益严重，环境治理已受到世界各国政府和普通大众的广泛重视，其中政府在环境治理方面投入了巨大的人力、物力和财力对环境净化材料和环境净化技术的研究和产业化提供支持，其中光催化材料和光催化技术尤为重要。迄今学者们已经研究开发的光催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2、Fe3O4等，其中TiO2具有活性高、稳定性好，不产生二次污染、对人体无害、价格便宜等诸多优点，成为最受重视和具有广阔应用前景的光催化剂。由于纳米TiO2表面具有氧化分解效应和超亲水效应，由此具有分解环境有害气体、自清洁、防雾、抗菌等功能，所以纳米TiO2光催化剂可以用于环境净化、自清洁、高效抗菌等多个前沿领域。光催化技术中纳米TiO2光催化剂的使用主要有两种形式，即直接使用纳米TiO2粉体的悬浮体系，以及将纳米TiO2负载到基体上。直接使用纳米TiO2粉体的悬浮体系存在透光性差、光照效率低、水处理后需对纳米TiO2粒子进行回收、工艺复杂等缺点；将纳米TiO2负载到基体上是通过一定的方法在基体表面均匀附着纳米TiO2涂层。纳米TiO2负载后可将其作为固定相，待处理废水或气体作为流动相，一般不存在后处理问题，可实现连续化操作。另外，负载后的纳米TiO2比悬浮的纳米TiO2催化速度快、催化效率高，因为悬浮体系中粉末易团聚，使光催化反应接触面减少、有效活性中心少，因此负载型纳米TiO2光催化剂的研制具有非常重要的现实意义。已有的负载纳米TiO2光催化剂的方法主要有三种：第一种方法是利用溶胶凝胶法直接在基体表面制备纳米TiO2薄膜并进行热处理；第二种方法是将纳米TiO2粉体直接分散成悬浮液，并负载到基体表面，然后进行热处理；第三种方法是利用无机和有机粘结剂把纳米TiO2光催化剂负载到基体表面，并进行热处理。无论采用何种TiO2负载技术，基体的选择是关键问题之一。一般来说，良好的TiO2光催化剂载体应具有以下特点：高稳定性、高强度、大比表面积、低价格以及要使固定在基体上的TiO2光催化剂尽可能地被光照激活从而发挥其催化活性。由于纳米TiO2光催化剂在光照条件下能够催化氧化分解有机物，故所采用的基体大都是无机材料，主要有玻璃类、金属类、吸附材料类、陶瓷类以及其它特殊用途类。玻璃纤维材料具有绝缘性好、耐热性强、弹性模量大、塑形形变小、机械强度高、具有良好的透光性、价廉易得等优点，被广泛应用于制备纤维增强复合材料，它独特的纤维状结构以及易加工的性能都使其成为理想的负载光催化剂的载体。近来年，玻璃纤维在纳米TiO2光催化剂的固定方面得到了一定的应用，将纳米TiO2稳定地固定于玻璃纤维将成为未来最重要的研发和应用方向之一。CN103263902A公开了一种玻璃纤维布固定TiO2光催化剂的制备方法，其中，首先在纤维玻璃布上涂布有机或者无机粘结剂；然后在涂布有机或无机粘结剂的表面上涂布TiO2悬浮液；最后将涂布有机或无机粘结剂和TiO2悬浮液的玻璃纤维布烘干固化，得到在玻璃纤维布上负载TiO2的光催化剂产品。CN101618288A公开了一种玻璃纤维基光催化滤网的制备方法，步骤如下：1)对玻璃纤维束施加外力，加工成玻璃纤维网，在玻璃纤维网表面涂覆胶粘剂；2)将TiO2光催化剂与有机溶剂混合，超声分散；3)将步骤2)的混合液以喷溅的方式固定到步骤1)的涂覆有胶粘剂的玻璃纤维网表面，干燥，得到玻璃纤维基光过滤网。在上述专利申请中，均使用粘结剂(有机或无机粘结剂)，特别是更多时候使用无机硅溶胶粘结剂将纳米TiO2固定在载体上，此法虽然具有简单易行、催化剂附着力强等优点，但是由于基体表面光催化剂是以通过粘结剂粘结的涂层的形式存在，所得涂层中纳米TiO2处于严重的聚集状态，并且粘结剂会包覆在纳米TiO2颗粒表面，大大降低了TiO2材料的光催化效果。
技术实现思路
本专利技术提供一种在玻璃纤维毡基体上以线性钛氧聚合物作为TiO2来源所形成的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构。本专利技术采用的线性钛氧聚合物，一是作为钛源，二是做为表面改性剂，提高溶液在玻璃纤维毡上的附着力，所以在玻璃纤维毡上固定光催化剂TiO2时，不需要在线性钛氧聚合物溶液中添加粘结剂即可牢固地负载于玻璃纤维毡上。与已知的技术相比，本专利技术的涂层结构具有单一涂层，而不是复合涂层，也没有粘结剂包覆在TiO2表面的现象。通过使用本专利技术的线性钛氧聚合物在玻璃纤维毡上固定TiO2所获得的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构既解决了通常方法制备的TiO2涂层结构中TiO2负载量少、粘结不牢固的问题，又解决了TiO2光催化效率低的问题，并且该涂层结构具有优异的重复使用性。在本专利技术的一个方面，提供一种玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其包括玻璃纤维毡基体，和负载于玻璃纤维毡基体表面的纳米TiO2涂层，所述纳米TiO2涂层包括具有10～50nm平均粒径的纳米TiO2颗粒，以玻璃纤维毡基体的重量计，所述纳米TiO2涂层的负载量为5-30重量％。在本专利技术的另一个方面，提供制备玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构的方法，该方法包括以下步骤：1)提供玻璃纤维毡；2)将线性钛氧聚合物溶解在溶剂中配成溶液；3)将钛氧聚合物溶液施加到玻璃纤维毡上，干燥、在400～550℃烧结，得到玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构；其中，步骤2)中所述的线性钛氧聚合物，是以重复的Ti-O键为主链、侧基上连接有机基团的线性钛氧聚合物，其包含以下的结构单元：其中R1彼此独立地选自-C2H5,-C3H7,-C4H9,-C5H11；R2代表OR1或者代表选自CH3COCHCOCH3和CH3COCHCOOC2H5的络合基团；条件是基于R2基团的总量，至少有50％的R2基团代表所述的络合基团；该线性钛氧聚合物以蒸气压渗透法测定的数均分子量Mn为2000～3000；不含溶剂的纯钛氧聚合物具备软化点，环球法测定的软化点范围为90～127℃。在本专利技术的又一个方面，提供玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构在空气净化、水处理净化、脱臭、抗菌、防菌和防霉领域中的用途，例如用于防臭过滤器、抗菌过滤器、家庭空气净化过滤器、运输车辆净化过滤器、吸烟室过滤器、家用电器净化器等。附图说明图1-1为本专利技术的一个实施方式中的线性钛氧聚合物的红外光谱；图1-2为本专利技术的一个实施方式中的线性钛氧聚合物的核磁共振氢谱；图2-1为本专利技术的另一个实施方式中的线性钛氧聚合物的红外光谱；图2-2为本专利技术的另一个实施方式中的线性钛氧聚合物的核磁共振氢谱；图3-1至图3-3为本专利技术一个实施方式的玻璃纤维毡-纳米TiO2涂层结构的不同放大倍数的扫描电镜照片，其中以玻璃纤维毡的重量计，TiO2负载量为10.5重量％。具体实施方式除非另外定义，本文所使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所属领域普通技术人员通常所理解的相同含义。在相抵触的情况下，以本说明书中的定义为准。除非另外说明，所有的百分数、份数、比例等都以重量计。本专利技术提供一种玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其包括玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
玻璃纤维毡‑纳米TiO2光催化剂涂层结构，其包括玻璃纤维毡基体，和负载于玻璃纤维毡基体表面的纳米TiO2光催化剂涂层，所述纳米TiO2光催化剂涂层包括具有10～50nm平均粒径的纳米TiO2颗粒，以玻璃纤维毡基体的重量计，所述纳米TiO2光催化剂涂层的负载量为5～30重量％。

【技术特征摘要】
1.玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其包括玻璃纤维毡基体，和负载于玻璃纤维毡基体表面的纳米TiO2光催化剂涂层，所述纳米TiO2光催化剂涂层包括具有10～50nm平均粒径的纳米TiO2颗粒，以玻璃纤维毡基体的重量计，所述纳米TiO2光催化剂涂层的负载量为5～30重量％。2.如权利要求1所述的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其中所述纳米TiO2光催化剂涂层的负载量为10～20重量％。3.如权利要求1所述的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其中所述纳米TiO2光催化剂涂层的厚度为50～200nm，优选为80～150nm。4.如权利要求1所述的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其中所述纳米TiO2光催化剂涂层是由线性钛氧聚合物溶液经烧结而形成的。5.如权利要求4所述的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其中用于形成所述纳米TiO2光催化剂涂层的线性钛氧聚合物是以重复的Ti-O键为主链、侧基上连接有机基团的线性钛氧聚合物，其包含以下的结构单元：其中R1彼此独立地选自-C2H5,-C3H7,-C4H9,-C5H11；R2代表OR1或者代表选自CH3COCHCOCH3和CH3COCHCOOC2H5的络合基团；条件是基于R2基团的总量，至少有50％的R2基团代表所述的络合基团；该线性钛氧聚合物以蒸气压渗透法测定的数均分子量Mn为2000～3000；不含溶剂的纯钛氧聚合物具备软化点，环球法测定的软化点范围为90～127℃。6.如权利要求1-5任一项所述的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其中所述纳米TiO2光催化剂涂层中的TiO2为锐钛矿相。7.如权利要求1-5任一项所述的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂
\t涂层结构，其中所述的纳米TiO2光催化剂涂层为无色的和/或透明的。8.如权利要求1-5任一项所述的玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构，其中所述玻璃纤维毡的单位面积质量在100-500g/m2的范围内。9.制备玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构的方法，该方法包括以下步骤：1)提供玻璃纤维毡；2)将线性钛氧聚合物溶解在溶剂中配成溶液；3)将线性钛氧聚合物溶液施加到玻璃纤维毡上，干燥、在400～550℃烧结，得到玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构；其中，步骤2)中所述的线性钛氧聚合物，是以重复的Ti-O键为主链、侧基上连接有机基团的线性钛氧聚合物，其包含以下的结构单元：其中R1彼此独立地选自-C2H5,-C3H7,-C4H9,-C5H11；R2代表OR1或者代表选自CH3COCHCOCH3和CH3COCHCOOC2H5的络合基团；条件是基于R2基团的总量，至少有50％的R2基团代表所述的络合基团；该线性钛氧聚合物以蒸气压渗透法测定的数均分子量Mn为2000～3000；不含溶剂的纯钛氧聚合物具备软化点，环球法测定的软化点范围为90～127℃。10.如权利要求9所述的制备玻璃纤维毡-纳米TiO2光催化剂涂层结构的方法，其中所述的线性钛氧聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇展，白安洋，王华，范江峰，
申请(专利权)人：北京华钛高科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11