无需高温烧结处理的光催化剂的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种可以在多种材料表面使用的、成本低、使用方便的无需高温烧结处理的光催化剂的制备及其应用，它包含有制备二氧化钛溶胶或制备含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶，将溶胶经过热处理，或在溶胶中加入１０↑［－６］－１０↑［－１］Ｍ的金属元素或非金属元素，或者，在溶胶中加入０．０１－２０．０ｗｔ％表面活性剂。本发明专利技术光催化剂涂覆在各种基底材料表面后，只需常温或低温干燥，而不需经高温烧结，就可形成一层具有光净化环保功能的涂层。本发明专利技术二氧化钛基基光催化剂可以广泛应用于金属建材、陶瓷、玻璃、活性炭毡、涂料、混凝土、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、无纺布、棉纺布及人造革等多种材料表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及负载型光催化膜的制备方法和技术，具体的说是一种可负载在金属建材、常规涂料、陶瓷、活性炭毡、塑料、无纺布、棉纺布、人造革、木料等基底表面的无需高温烧结处理的光催化剂的制备及其应用。
技术介绍
近年来，二氧化钛作为光催化剂在空气净化、废水处理等环境治理方面得到了日益广泛的研究和应用。但是二氧化钛作为光催化剂本身所存在的一些技术问题限制了其实际应用。除了众所周知的量子效率低、太阳能利用率低等缺点外，催化剂难以从反应体系中分离是制约其实际应用的重要原因。因而光催化剂的固定化就成为光催化领域的一个研究热点。日本自上世纪80年末，开始对二氧化钛固定化技术研究，并尝试在玻璃、金属、陶瓷等耐热材料上实行了二氧化钛的的固定化，为光催化功能材料的开发应用开辟了一条新途径。例如在墙体瓷砖表面涂覆一层二氧化钛膜，可以制得具有抗菌、防霉、防污和减少NOX等多种光催化功能的金属材料。从某种意义上说，二氧化钛光催化剂的应用开发也就是其固定化技术的开发。在目前光催化剂固定化技术中(专利97197799、98811998、02122422及95196286等)，一个最显著的特点就是各种方法都离不开光催化膜的高温烧结，从而提高膜与基底的结合强度和得到期望的晶型。我们先前所申请的专利99204468.5和00241706.5中，就是先利用喷涂、拉涂、浸涂和刷涂等方法将二氧化钛基光催化剂分别固定在陶瓷基材和玻璃表面，而后在一定温度下烧结形成薄膜。用此法制成的膜有较高的光催化活性，结合强度也较高，在耐热基材上可以得到很好地推广应用。但高温烧结对于那些非耐热材料(活性炭毡、塑料、木材、无纺布、棉纺布及人造革等)无法实现，同时对于那些大的设备或成型材料表面(如涂有常规涂料的墙体表面)，显然加热烧结也不现实。另外，对于许多建材厂家来说，材料表面涂覆光催化剂后的烧结工艺将大大增加成本。因而，烧结工序成为制约光催化剂得以广泛推广应用的一个重要因素。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术的不足，提供一种可以在金属建材、陶瓷、玻璃、活性炭毡、涂料、混凝土、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、无纺布、棉纺布及人造革等多种材料表面涂覆的、成本低、使用方便的无需高温烧结的光催化剂的制备及其应用。本专利技术的技术方案是它包含有制备二氧化钛溶胶或制备含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶，其特征是将制备的二氧化钛溶胶或含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶经过热处理；或者，在二氧化钛溶胶或含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶中加入10-6-10-1M的金属元素或非金属元素；或者，在二氧化钛溶胶或含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶中加入0.01-20.0wt％表面活性剂。本专利技术的效益和优越性在于有机醇盐水解制得的二氧化钛溶胶和含有其他氧化物的二氧化钛复合溶胶经过特殊的热处理后，不需要经过烧结等后续处理就可以晶化成具有自清洁、抗菌和分解污染物等光催化性能的富含锐钛矿型二氧化钛光催化剂或二氧化钛复合光催化剂。而且该光催化剂涂覆施工时，不需要常规光催化剂的高温烧结处理。从而可直接在金属建材、陶瓷、玻璃、内外墙体涂料表面、混凝土、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、棉纺布及人造革等多种材料表面涂覆上一层具有耐候性能、自清洁性能及环保性能(分解挥发性有机物、杀菌和去除氮氧化物及硫氧化物等)的光催化涂层。具体实施例方式本专利技术采用如下的技术方案1.二氧化钛光催化剂的制备，包括二氧化钛溶胶及含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶的制备及其热处理。(1)制备二氧化钛溶胶，在酸性(pH＜5)或碱性(pH＞7)的条件下将钛的醇盐(例如钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯)水解，得到均匀透明的溶胶，通过渗析法调节溶胶的pH值至2～7。(2)含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶制备，有两种方法。制备方法一是将硅、铝、锆、锌、锡的醇盐在酸性(pH＜5)或碱性(pH＞7)的条件下水解成均匀透明的单一组分(SiO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、SnO)溶胶，而后其中的一种或几种与二氧化钛溶胶按一定比例混合制得复合溶胶。制备方法二是先将两种或两种以上不同组分的相应醇盐(钛醇盐与其他的醇盐)按一定比例均匀混合，然后在酸性(pH＜5)或碱性(pH＞7)的条件下水解成含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶，调溶胶pH值至2～7。(3)纯二氧化钛溶胶和复合溶胶的热处理将按上述方法制得的纯二氧化钛溶胶或含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶在密闭耐压容器中在40～250℃下处理0.5～24.0小时，冷却后取出，超声波处理1～120分钟，制得具有光催化活性的锐钛矿型纯二氧化钛或含其他氧化物的二氧化钛复合涂料。纯二氧化钛涂料组成为二氧化钛重量含量(以下相同)为0.01～20.0wt％，其余为水；而在二氧化钛复合涂料中，二氧化钛为0.01～20.0wt％，所含有的其他氧化物组分各自为0.01～10.0wt％，其余为水。(4)在进行热处理或没有进行热处理的纯二氧化钛溶胶及含有其他氧化物的混合溶胶中，加入一定量(10-6～10-1M)的金属元素或非金属元素等。金属元素为Cu、Ag、Fe、Pt、Pd等，非金属元素可为P、I、Br等。金属元素可以各种盐的水溶液形式加入，也可以制备成的溶胶形式加入；非金属元素也可以各种盐的水溶液或酸溶液加入。而且，上述溶胶中可以同时加入一种或多种金属离子和非金属离子的化合物。从而制得含有多种阴阳离子改性的具有可见光灭菌性能的光催化剂。(5)在进行热处理或没有进行热处理的纯二氧化钛溶胶及含有其他氧化物的混合溶胶中，或是上述加入其他离子的溶胶中，还可加入0.01～20.0wt％表面活性剂。表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、全氟辛酸等全氟烷基羧酸及其盐、全氟烷基磺酸盐以及其他含氟的非离子型表面活性剂等。搅拌均匀后，制得含有表面活性剂的溶胶型光催化剂。2.二氧化钛光催化剂的涂覆。按上述方法制得的纯溶胶和混合溶胶，既可以直接使用，也可以经过热处理后使用，也可以添加各种离子使用，还可以加入表面活性剂后使用。不同溶胶种类的选择根据使用场所及基底材料所决定。二氧化钛涂料的涂覆时可在各种干燥基底表面直接刷涂或喷涂、浸涂或提拉，涂覆后常温或低温干燥即可。本专利技术的二氧化钛光催化剂可涂覆使用的基材为金属建材、陶瓷、玻璃、活性炭毡、涂料、混凝土、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、无纺布、棉纺布及人造革材料。实施例1纯二氧化钛光催化剂的制备将1.1毫升浓硝酸(68％)加入150毫升的去离子水中配成均匀溶液，在强烈搅拌下将12.5毫升的钛酸四异丙酯缓慢滴入酸性水溶液中，水解得到的含有白色沉淀的悬浮液在40℃下继续搅拌直至白色沉淀溶解形成均匀透明的溶胶。把溶胶装入渗析膜袋中用2升去离子水进行渗析处理，每隔12小时换一次水至渗析水最终pH值为3.2。将溶胶从渗析袋中取出，制得浓度约为2.5wt％的二氧化钛溶胶。将此二氧化钛溶胶在密闭耐压容器中在150℃下处理5.0小时，冷却后取出，超声波处理5分钟，制得具有光催化活性的锐钛矿型二氧化钛溶胶。该二氧化钛溶胶中，二氧化钛晶粒大小为6～10nm，晶化程度为80.0wt％以上。实施例2二氧化钛-二氧化硅复合光催化剂的制备在强烈搅拌下，将5毫升正硅酸乙酯缓慢滴入由0.25毫升浓硝酸(68％)与10毫升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无需高温烧结处理的光催化剂的制备，包含有制备二氧化钛溶胶或制备含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶，其特征是：将制备的二氧化钛溶胶或含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶经过热处理；或者，在二氧化钛溶胶或含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶中加入１０↑［－６］－１０↑［－１］Ｍ的金属元素或非金属元素；或者，在二氧化钛溶胶或含二氧化钛的二元或二元以上的复合氧化物溶胶中加入０．０１－２０．０ｗｔ％表面活性剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付贤智，刘平，戴文新，邵宇，陈旬，王绪绪，李旦振，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]