一种复合光催化剂的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术提供一种复合光催化剂的制备方法、产品及应用。其中，制备方法水热法制备二氧化钛纳米棒及混合煅烧法制备石墨相氮化碳，后将二者超声混合制备得到的复合光催化剂具有优异的可见光吸收能力，在自然环境下对太阳光有着较高的利用率；且光催化效率突出，具有良好的光催化自清洁的能力。将该复合光催化剂疏水改性后应用于PVDF涂料中，不仅能均匀分散于基体中，保障涂层的均匀性，还能使涂层在太阳光下高效的降解有机污染物和抗菌(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)，并具有良好的耐酸、碱、盐和抗紫外的能力；同时进一步提高涂层的疏水性。另外，制得的PVDF涂层具有高效的光催化效率和自清洁性能，且在长期使用过程中耐久性良好。且在长期使用过程中耐久性良好。

【技术实现步骤摘要】
一种复合光催化剂的制备方法、产品及应用


[0001]本专利技术属于光催化自清洁
，具体涉及一种复合光催化剂的制备方法、产品及应用。

技术介绍

[0002]光催化材料作为一种半导体结构材料，以其无毒、环保、和高效自洁性等优点，被广泛应用于空气净化、水净化、自净化、杀菌消臭、防污防雾等领域。
[0003]TiO2光催化涂层作为一种功能性材料，具有经济性和普遍性的优点，其中，TiO2能够利用优异的光催化性能，实现涂层的高效自洁性，因此，其在光催化化学自清洁领域具有很大的应用市场。然而，TiO2光催化涂层在使用过程中逐渐暴露出一些问题：(
ⅰ
)在光催化降解过程中，降解产物和环境污染物容易附着在涂层表面，从而导致光催化效果失活。(
ⅱ
)由于TiO2本身禁带宽度较大，导致难以吸收可见光，从而在自然环境下对太阳光的利用率较低。(
ⅲ
)在光催化作用过程中，涂层基体容易受到光氧化，导致涂层失效。因此，有必要将自清洁性能和可见光响应特性引入光催化涂层，并采用耐久性良好的树脂保障涂层的耐用性。
[0004]传统的自清洁涂层一般分为超疏水涂层和超亲水涂层。其中，仿荷叶结构的超疏水涂层已得到广泛的应用，能够实现物理自清洁性能。然而，在实际应用过程中，有机物、细菌等污染物容易附着在涂层表面，不易被水去除。更重要地是，涂层的疏水成分也可能被破坏，使其疏水性能下降，最终失去超疏水自清洁性能。因此，开发一种兼具超疏水和光催化自清洁性涂层具有重要的专利技术意义和应用价值。/>
技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种复合光催化剂的制备方法，该制备方法制得的复合光催化剂具有较低的带隙和较高的电子空穴分离效率，将其应用于涂料或膜类产品中能够实现高效的光催化自清洁性能。
[0006]本专利技术还提供一种由上述复合光催化剂制备得到的超疏水光催化自清洁PVDF涂料，该涂料的光催化自清洁和超疏水性能协同作用，使其涂层具有更好的稳定性和可持续性，同时还具有优良的机械稳定性和耐久性，保障了涂层在实际应用中的持久性。
[0007]一种复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)二氧化钛纳米颗粒在碱性溶液中发生水热反应，制备得到二氧化钛纳米棒；
[0009](2)将尿素和三聚氰胺混合均匀后煅烧得石墨相氮化碳；
[0010](3)将上述二氧化钛纳米棒与石墨相氮化碳超声混合，得所述复合光催化剂。
[0011]上述技术方案中，通过水热法制备出的二氧化钛纳米棒比二氧化钛纳米颗粒具有更高的粗糙度、比表面积和活性羟基官能团。一方面，在光照下，通过更大的比表面积能够形成更多的活性位点，进而产生更多的电子空穴对，与空气中的水和氧气反应生成具有氧化性的基团，能够更好降解有机污染物；另一方面，二氧化钛纳米棒的使用也为其在涂层或
膜类产品上的应用提供了粗糙结构和改性位点，其中大量的改性位点(活性羟基官能团)可以与多种基团进行反应，提高化学接枝反应成功率。
[0012]在超声辅助的作用下，二氧化钛纳米棒利用分子间作用力诱导电荷转移与石墨相氮化碳混合形成异质结结构，延长了电荷转移的路径，从而促使光吸收范围的红移。不仅如此，异质结结构还能加快电子空穴对的分离，提高载流子的浓度，这样就能够产生更多的氧化性基团，从而提高在自然环境下太阳光的光催化效率。
[0013]上述步骤(1)和步骤(2)可同时进行，并不限定先后顺序。
[0014]上述制备方法中，步骤(1)中：
[0015]作为优选，所述水热反应的反应温度为80～200℃，反应时间为4～24h。进一步优选为反应温度为120～160℃，反应时间为12～18h。
[0016]作为优选，所述碱性溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或多种。作为进一步优选，所述碱性溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中的一种。
[0017]作为优选，所述碱性溶液的浓度为2～20mol/L。进一步优选为8～12mol/L。
[0018]作为优选，水热反应结束后，将反应产物进行洗涤、过滤、干燥后得二氧化钛纳米棒。
[0019]作为优选，所述二氧化钛纳米颗粒的平均粒径为20～30nm。进一步优选为25nm(P25)。
[0020]上述制备方法中，步骤(2)中：
[0021]作为优选，尿素与三聚氰胺的质量比为1：(1～32)。进一步优选为1：(1～15)。更进一步优选为1：(4～8)。
[0022]作为优选，煅烧温度为300℃～800℃，煅烧时间为1h～5h。作为进一步优选，煅烧温度为500℃～600℃，煅烧时间为1.5h～3h。
[0023]作为优选，升温速率为2～30℃/min。进一步优选为5～15℃/min。
[0024]上述制备方法中，步骤(3)中：
[0025]作为优选，二氧化钛纳米棒与石墨相氮化碳的质量比为1：(1～15)。进一步优选为1：(1～7)。
[0026]一种复合光催化剂，由上述任一项所述的制备方法制备得到。该复合光催化剂不仅具有优异的可见光吸收能力，在自然环境下对太阳光有着较高的利用率，还具有优异的光催化效率，能够使涂层或膜类具有良好的光催化自清洁性能。
[0027]一种超疏水光催化自清洁PVDF涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0028]1)将上述复合光催化剂进行疏水改性，得改性复合光催化剂；
[0029]2)将改性复合光催化剂和氟树脂混合均匀后分散于乙酸乙酯溶液中，即得所述超疏水光催化自清洁PVDF涂料。
[0030]本技术方案的制备方法中，将复合光催化剂进行疏水改性不仅能够使复合光催化剂更加高效均匀地分散在乙酸乙酯溶剂中，不易团聚，提高其在基体中的分散性能；还能进一步提高PVDF涂料涂层的疏水性。
[0031]上述制备方法中，步骤1)中，
[0032]作为优选，疏水改性所用改性剂为1H
‑
1H
‑
2H
‑
2H全氟癸基三乙氧基硅烷，十二烷基
三乙氧基硅烷，十六烷基三乙氧基硅烷中的一种或几种。进一步优选为1H
‑
1H
‑
2H
‑
2H全氟癸基三乙氧基硅烷。
[0033]作为优选，对复合光催化剂按如下方式进行疏水改性：
[0034]将复合光催化剂和改性剂在乙醇中混匀，水浴加热反应，反应结束后对反应产物进行洗涤、过滤、干燥，得所述改性复合光催化剂。
[0035]作为进一步优选，水浴加热反应的反应温度为20～80℃，反应时间为4～24h。更进一步优选为，反应温度为60～80℃，反应时间为8～12h。由于反应时间和温度会严重影响改性之后的粉末的分散性和疏水性。所以需要通过调整温度和时间，来实现最优的实验条件。
[0036]上述制备方法中，步骤2)中，
[0037]作为优选，所述氟树脂为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)二氧化钛纳米颗粒在碱性溶液中发生水热反应，制备得到二氧化钛纳米棒；(2)将尿素和三聚氰胺混合均匀后煅烧得石墨相氮化碳；(3)将上述二氧化钛纳米棒与石墨相氮化碳超声混合，得所述复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水热反应的反应温度为80～200℃，反应时间为4～24h；所述碱性溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中尿素与三聚氰胺的质量比为1：(1～32)；煅烧温度为300℃～800℃，煅烧时间为1h～5h；煅烧升温速率为2～30℃/min。4.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，二氧化钛纳米棒与石墨相氮化碳的质量比为1：(1～15)。5.一种复合光催化剂，其特征在于，由权利要求1～4中任一项所述的制备方法制备得到。6.一种超疏水光催化自清洁PVDF涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将权...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建，徐连虎，孟扬，苏娟娟，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：