一种光诱导下合成钛溶胶-凝胶涂料的方法技术

本发明专利技术属于钛溶胶－凝胶涂料及二氧化钛纳米材料技术领域，特别涉及一种光诱导下合成钛溶胶－凝胶涂料的方法。其特征在于（重量百分比）：将钛酸酯或钛酸盐１－５０％，稀释剂５０－９８％，水解催化剂０．５－１０％，移取到反应器内混合，用含紫外线的光源光照３０分钟－１０小时制备出钛溶胶－凝胶涂料。本发明专利技术工艺简单，成本低，钛溶胶－凝胶不需要烧结就变成高催化活性的二氧化钛，其能效地净化空气、废水和清洁表面。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种光诱导下合成钛溶胶—凝胶涂料的方法本专利技术属于钛溶胶—凝胶涂料及二氧化钛纳米材料
，特别涉及一种光诱导下合成钛溶胶—凝胶涂料的方法。人类活动使空气污染和水污染越来越严重。如工业燃煤释放大量的二氧化硫、一氧化碳等有害气体。随着我国的汽车工业发展，汽车尾气排放大量的低价态氮化物和一氧化碳气体使各大中城市的空气严重污染；另一方面许多室内装饰材料也会缓慢释放诸如醛类、酚类、醇类等小分子有害有机物，还有我们人体、宠物、食品也释放难闻气味，这些无形的气体严重威胁着我们的健康。人们一方面面临着淡水资源的缺乏，另一方面大量的水资源受到严重的污染。所以提高人类及其它生命的生存环境是全世界普遍关注的问题。由于二氧化钛纳米粒子在能量大于其半导体能带的光子照射时产生空穴—电子对，空穴—电子对的协同作用不仅对环境中的污染物具有强烈的氧化降解能力，而且还具有杀菌功能，所以是净化环境的优良功能材料。要能广泛应用TiO2纳米粒子的光催化降解功能，需要解决两个关键问题，其一是二氧化钛光催化剂层的担载；其二是二氧化钛的光催化剂层活性高低。钛溶胶—凝胶是一种易于担载在基材上的涂料，而现有的钛溶胶—凝胶方法制备出的钛溶胶—凝胶担载在基材表面形成的二氧化钛催化活性低，所以需要通过烧结才具有良好的光催化活性。目前的钛溶胶—凝胶制备方法是将钛有机金属化合物在酸、碱或水作用下催化水解形成钛溶胶—凝胶，然后干燥或涂布在基材表面形成细小的非晶体状态TiO2纳米粒子，其催化活性很低，要提高其催化活性通常需要在400—500℃的温度下烧结使其转变成为晶化程度高的TiO2粒子。如Mikula，M．等在《材料科学快报》杂志(1995，第14卷，615—616页)[J．Mater．sci．1ett．1995，14，615—616]上报道了用钛酸四丁酯在水和HNO3等体系下制备钛溶胶—凝胶，然后担载在基材上，用450℃烧结成具有良好催化活性的TiO2。又如Hiroaki，T．等在《郎格缪尔》期刊(1997，第13卷，360—364页)[Langmuir 1997，13，360—364]上用钛酸异丙酯制备了钛溶胶—凝胶，然后担载在石英基底上，用500℃温度烧结后才具有良好的催化活性。再如日本专利JP08，299，789公开了将钛有机金属盐溶于有机溶剂中，然后涂布在基材表面，溶剂挥发后钛有机金属盐水解成含水的TiO2纳米粒子层，然后烘烧成TiO2纳米粒子催化剂层。但是这些方法只能应用于玻璃、陶-->瓷、金属等耐温的基材表面。本专利技术的目的在于提供一种光诱导下合成钛溶胶—凝胶涂料的方法，使制备出的钛溶胶—凝胶涂料能直接担载在基材表面上，不通过烧结直接变成具有良好光催化活性的TiO2本专利技术的钛溶胶—凝胶涂料的制备方法是利用紫外线的光子能量，诱导并且控制胶体生长的结构，使钛溶胶—凝胶涂料具有特殊性能。其制备方法如下：在室温下，按重量百分比，将钛酸酯或钛酸盐1—50％，稀释剂50—98％，水解催化剂0．5—10％，移取到反应器内混合，用含紫外线的光源光照30分钟—10小时制备出钛溶胶—凝胶涂料。其中钛酸酯或钛酸盐可以选自下列一种或是几种按任意比例混合加入：Ti(OC4H9)4、Ti(OC2H5)4、Ti(iso—OC3H7)4或TiCl4等；水解催化剂为：浓盐酸、硝酸、硫酸、冰醋酸或水等；稀释剂可以是无水乙醇或无水甲醇等。其中含紫外线的光源为低、中、高压汞灯等光源。本专利技术的钛溶胶—凝胶涂料的用途：将该钛溶胶—凝胶涂料直接担载在基材上制作具有光催化降解空气和水中有害物的二氧化钛功能材料。其中所述的基材为纺织品、无纺布、纸、玻璃、陶瓷、钢材、铝材、石材、木材、树脂、塑料等。制备上述二氧化钛功能材料的涂布方法是：将制备好的钛溶胶—凝胶涂料用蘸涂、浸涂、喷涂、旋涂、或扩散涂等方法涂布于基材上，然后在室温下，通过空气的流动让稀释剂蒸发掉，担载在基材上的钛溶胶—凝胶涂料漫漫转变成为晶化程度高的锐钛矿型TiO2，这种担载有TiO2的基材具有高的催化活性。对基材的的适应性广。钛溶胶—凝胶法是广泛用于制备纳米材料的一种方法。它具有能够按上述比例调节体系的组成等优点，调节钛溶胶—凝胶的微结构，可以制作性能独特的功能材料。本专利技术在紫外光的照射下制备的钛溶胶—凝胶涂料，在基材上能够直接变成具有高光催化活性的二氧化钛，如实施例1的1#样品能够有效地利用紫外光源的紫外线降解染料，结果见实施例1(附图1A)。用400W的高压汞灯作为光源与样品池相距15cm处对1×10—5mo1L—1的罗丹明B染料进行降解，从图1A中的a状态到b状态只需要30分钟，而实施例1的2#样品是未经紫外光照合成的钛溶胶—凝胶涂料制备的样品，催化活性低，从图1B中a状态降解到b状态，则需要10小时。-->从Raman光谱测定结果表明，实施例1的1#样品晶化程度好，有TiO2锐钛矿型的特征峰140cm—1出现，而2#样品没有明显的TiO2Raman峰出现(比较结果见附图2)。实施例1的1#样品也能高效地利用荧光灯微弱的紫外线降解乙醛气体(见附图3中的1#)。用20W荧光灯作为光源，一个小时可以将16ppm的乙醛气体减少到1ppm左右，而相同条件2#样品只减少5ppm。实施例3表明用实施例1的1#样品在20W的紫外灯作为光源的情况下也能有效地清除硫化氢气体(见附图4)。实施例4比较了利用钛酸四丁酯在不同光照时间合成的钛溶胶—凝胶涂料制备TiO2样品对乙醛气体催化降解能力，综合实施例2对乙醛的降解结果，表明400W的汞灯光照1小时为优选时间，光照2小时、5小时的钛溶胶—凝胶制得的样品的催化活性与1小时的样品的催化活性差别不大。实施例5、6、8、9考查了钛酸四丁酯不同起始浓度、不同水解催化剂、以及不同方法担载在不同的基材上制备样品的催化活性实验。实施例5用1％的钛酸四丁酯光照30分钟制备的体系，浸涂在棉布上，取面积为5×5cm2布块6小时将50ml浓度为8．67×10—6 molL—1的罗丹明B基本降解(见附图6)。实施例6，5％的钛酸四丁酯用400W高压汞灯为光源光照反应1小时制备的体系旋涂在玻璃基板上，面积为5×5cm2样品4小时可基本完成50ml浓度为8．67×10—6molL—1。的罗丹明B降解(见附图7)，而实施例7相同条件未光照的样品10多小时降解也不能完全降解(见附图8)。实施例8，高浓度钛酸酯制备的体系担载在棉布上，40分钟可基本完成上述相同罗丹明B的降解。高浓度的混合钛酸酯制备的体系(实施例9)担载在棉布上，其催化活性与实施例8接近。实施例10四氯化肽在光诱导下水解制备的肽溶胶—凝胶体系担载在的确良布上制备的样品，在1小时可基本完成对50ml浓度为8．75×10—6mo1L—1的罗丹明B降解(结果见附图9)。实施例5—10进行罗丹明B降解实验的条件同实施例1。通过光诱导合成钛溶胶—凝胶，然后将该胶体涂布在基材表面直接变成高催化活性的二氧化钛，这种制备方法的优点是：    第一．涂布方法简单多样，如浸涂、蘸涂、旋涂、喷涂等，不需要昂贵的设备。第二．通常情况，用溶胶—凝胶法涂布在基材上制备的样品需要400℃上的温度烧结后才具有高的催化活性。本专利技术方法制备出的钛溶胶—凝胶，不需要烧结就变成高催化活性的二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光诱导下合成钛溶胶－凝胶涂料的方法，其特征在于（重量百分比）：将钛酸酯或钛酸盐１－５０％，稀释剂５０－９８％，水解催化剂０．５－１０％，移取到反应器内混合，用含紫外线的光源光照３０分钟－１０小时制备出钛溶胶－凝胶涂料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1．一种光诱导下合成钛溶胶—凝胶涂料的方法，其特征在于(重量百分比)：将钛酸酯或钛酸盐1—50％，稀释剂50—98％，水解催化剂0．5—10％，移取到反应器内混合，用含紫外线的光源光照30分钟—10小时制备出钛溶胶—凝胶涂料。2．如权利要求1所述的光诱导下合成钛溶胶—凝胶涂料的方法，其特征在于所述的钛酸酯或钛酸盐为Ti(OC4H9)4、Ti(OC2H5)4、Ti(is...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建年，管自生，
申请(专利权)人：中国科学院感光化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]