一种利用硅藻壳制备涂层的方法及应用技术

本发明专利技术提供一种利用硅藻壳制备涂层的方法及应用，包括步骤1：在硅藻泥浆或硅藻干粉加入蒸馏水中，利用强酸对进行pH值调节后静置得到沉淀物，对所得沉淀进行离心和洗涤，得到初级硅藻壳；步骤2：对初级硅藻壳消解或煅烧，去除有机质，得到无机硅藻壳；步骤3：将无机硅藻壳或初级硅藻壳与无水乙醇、氨水混合，得到硅藻壳溶胶；步骤4：将硅藻壳溶胶涂在基材表面，热处理得到涂层。本发明专利技术利用硅藻壳的多孔结构、比表面积大、高效捕集光线特点，以在硅藻泥浆或硅藻干粉为原料制备硅藻壳溶胶，在基材上形成涂层，无需复杂的前处理和修饰步骤，涂层光透过率高，自带疏水特性，涂层的减反效果好，广泛应用于太阳能电池、汽车、温室和建筑物的玻璃中。玻璃中。

【技术实现步骤摘要】
一种利用硅藻壳制备涂层的方法及应用


[0001]本专利技术涉及新材料
，具体涉及一种利用硅藻壳制备涂层的方法及应用。

技术介绍

[0002]硅藻是一类具有色素体的单细胞微生物，作为水体中的初级生产者，在河流、湖泊、海洋中广泛存在且数量巨大。硅藻细胞外壳高度硅质化，具有纳米多孔结构，比表面积大，是一类天然的生物矿化硅材料。硅藻壳是目前所知唯一天然生产的纳米材料，其结构复杂且精密，基本组成为二氧化硅。硅藻壳有着玻璃的强度，再加上多孔、孔套孔的纳米结构，具有良好的韧度和弹性。
[0003]近年来，关于硅藻壳的开发和应用层出不穷，但多数因为工艺复杂，尚处于实验室阶段。专利CN201910976417.4公开了一种工业化生产硅藻壳的系统和方法，为此种新材料的大范围应用垫定了基础。专利CN202211622325.4和专利CN201810658576.5分别公开了一种利用改性后的硅藻壳作为吸附材料，用于分离提纯生物活性物质的方法，以及用于集聚红细胞快速凝血的方法。上述应用都是基于硅藻壳的多孔结构，对于物质的吸附容量大、分离效率高的特性。然而，由于在该应用方向中，前处理和修饰工艺复杂，尚不具备大规模应用的条件。
[0004]值得注意的是，基于硅藻壳的多孔结构，即便在深水中，硅藻细胞也可以实现光能的高效捕捉，为细胞繁殖提供能量。基于仿生学的原理，来源于硅藻的生物矿化硅也即硅藻壳具有高效捕捉光能的先天优势，将其作为基质制备减反涂层具有重要的应用前景。当前，减反增透涂层在提高光伏板的太阳能利用效率方面具有显著的作用，也是研究的热点之一。而现有技术中目前大多采用工业化生产的二氧化硅纳米颗粒来制备减反增透涂层专利CN201110250081.7和专利201210562795.6分别公开了利用实心工业化二氧化硅纳米颗粒和空心工业化二氧化硅颗粒制备的减反增透涂层，得到了较好的效果。硅藻壳与工业化生产的二氧化硅纳米颗粒相比，多孔结构复杂，比表面积大，在高效捕集光线方面显然更具有优势。利用硅藻壳制备涂层还处于技术空白状态。因此，需要一种硅藻壳材料，当其应用于玻璃等基材表面时，可以满足高效捕捉光能的应用要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种利用硅藻壳制备涂层的方法及应用，制备方法简单，可大规模工业应用，利用硅藻壳制备的涂层光透过率高，而且自带疏水特性，减反增透性强。
[0006]本专利技术提供一种利用硅藻壳制备涂层的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：在硅藻细胞泥浆或干燥的硅藻细胞干粉加入蒸馏水，得到浓度为0.01
‑
0.05g/ml的第一混浊液；利用强酸对第一混浊液进行pH值调节后，静置5
‑
12h，对所得第一沉淀物进行离心和洗涤，收集并烘干，得到初级硅藻壳；
[0008]步骤2：对初级硅藻壳进行消解或煅烧处理，去除有机质，得到无机硅藻壳；
[0009]步骤3：将无机硅藻壳或初级硅藻壳与无水乙醇进行混合，得到浓度为0.02
‑
0.05g/ml的第二混浊液，将氨水与第二混浊液混合均匀，得到硅藻壳溶胶；
[0010]步骤4：将硅藻壳溶胶涂在基材表面，在60
‑
150℃下热处理5
‑
15h，得到涂层。
[0011]具体地，步骤1中所述硅藻细胞泥浆或干燥的硅藻细胞干粉以光合培养的三角褐指藻、小环藻、菱形藻或圆筛藻中的任一种为原料制备得到。
[0012]具体地，步骤1中所述强酸为盐酸、硫酸或磷酸中的任一种；所述pH值调节为将pH值调节至1.8
‑
2.3。
[0013]具体地，步骤2中消解处理为在初级硅藻壳中加入硝基盐酸，得到浓度为0.05
‑
0.15g/ml的第一复合液，将第一复合液在120
‑
160℃的烘箱中加热0.2
‑
4h，产生第二沉淀物，将第二沉淀物进行洗涤干燥后得到无机硅藻壳。
[0014]具体地，步骤2中煅烧处理为将初级硅藻壳置于煅烧炉中，在500℃
‑
1200℃的温度下煅烧1
‑
4h，得到无机硅藻壳。
[0015]具体地，步骤3中按体积比为(3
‑
5):100将氨水和第二混浊液混合。
[0016]具体地，对步骤3中得到的硅藻壳溶胶进一步进行改性处理，所述改性处理将硅藻壳溶胶置于通风橱中加热至60℃，脱除氨后，得到第二复合液，按体积比为(2
‑
3):100将正硅酸四乙酯和第二复合液混合，在60℃下搅拌12h后得到改性的硅藻壳溶胶。
[0017]具体地，步骤4中所述基材为玻璃、太阳能电池板中的任一种。
[0018]本专利技术还提供一种由上述方法得到的涂层，在太阳能电池、汽车、建筑物中的应用。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020](1)本专利技术充分利用了硅藻壳的天然的多孔结构、比表面积大、高效捕集光线的特点，采用硅藻细胞泥浆或干燥的硅藻细胞干粉为原料制备硅藻壳溶胶，通过喷涂的方式在基材上形成涂层，该制备方法不需要复杂的前处理和修饰步骤，可以大规模应用于工业中，扩宽了硅藻生物矿化硅大规模应用。
[0021](2)本专利技术制备得到的涂层，光透过率高，而且自带疏水特性，涂层的减反效果好，应用于太阳能电池、汽车、温室和建筑物窗玻璃中，有效提高了玻璃的捕光效果。
具体实施方式
[0022]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1
[0024]以光合混养培养得到的细胞大小为3μm的菱形藻为原料得到干燥的硅藻细胞干粉，在干燥后的1g硅藻粉中加入100ml蒸馏水中，得到第一混浊液，并用利用盐酸将第一混浊液的pH值调节至2.1，搅拌1h后静置8h，对所得沉淀进行离心和洗涤，收集并烘干沉淀物，得到初级硅藻壳；将0.5g初级硅藻壳与10ml无水乙醇进行混合，加入0.5ml氨水后混合均匀，得到硅藻壳溶胶；将硅藻壳溶胶喷涂在2.5cm
×
2.5cm尺寸的清洗干净的硼硅玻璃片的表面，在120℃下热处理8h，得到a涂层。
[0025]清洗干净的硼硅玻璃片方法为：切取2.5cm
×
2.5cm尺寸的玻璃片，放入0.5wt％的氢氧化钠溶液中超声波清洗30min，然后用玻璃水清洗三遍，去除玻璃表面的污渍，最后用
去离子水冲洗至无成股水留下也无水滴形成。最后，用氮气将玻璃片吹干备用，得到清洗干净的硼硅玻璃片。
[0026]实施例2
[0027]以光合自养培养得到细胞大小为3μm的菱形藻为原料得到硅藻细胞泥浆，在干燥后的5g硅藻细胞泥浆中加入100ml蒸馏水中，得到第一混浊液，并用利用盐酸将第一混浊液的pH值调节至2，搅拌1h后静置12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用硅藻壳制备涂层的方法，包括以下步骤：步骤1：在硅藻细胞泥浆或干燥的硅藻细胞干粉加入蒸馏水，得到浓度为0.01
‑
0.05g/ml的第一混浊液；利用强酸对第一混浊液进行pH值调节后，静置5
‑
12h，对所得第一沉淀物进行离心和洗涤，收集并烘干，得到初级硅藻壳；步骤2：对初级硅藻壳进行消解或煅烧处理，去除有机质，得到无机硅藻壳；步骤3：将无机硅藻壳或初级硅藻壳与无水乙醇进行混合，得到浓度为0.02
‑
0.05g/ml的第二混浊液，将氨水与第二混浊液混合均匀，得到硅藻壳溶胶；步骤4：将硅藻壳溶胶涂在基材表面，在60
‑
150℃下热处理5
‑
15h，得到涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述硅藻细胞泥浆或干燥的硅藻细胞干粉以光合培养的三角褐指藻、小环藻、菱形藻或圆筛藻中的任一种为原料制备得到。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述强酸为盐酸、硫酸或磷酸中的任一种；所述pH值调节为将pH值调节至1.8
‑
2.3。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中消解处理为在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中亮，孙利芹，张婕，刘霄，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：