柱撑层载／掺杂半导体型多功能复合材料的制备及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种柱撑层载／掺杂半导体型多功能复合材料的制备和使用方法。它以二维层状矿物为载体，载入金属离子；以稀土离子掺杂半导体型的聚合羟基金属阳离子为柱撑剂；通过掺杂柱撑层载法，对层状矿物进行柱撑，制备出复合材料，再利用它制备出空气净化涂料、广谱抗菌纺织品、抗菌塑料母粒和抗菌防霉橡胶制品。本发明专利技术采用金属离子载入层状矿物与半导体柱撑层状矿物的同步复合，实现了不同功能不同机理的协同作用，得到高效的抗菌抑菌、空气净化、光催化降解材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合材料的制备及 使用方法，属催化材料和环境保护领域。具体涉及二维层状矿物(累托石、托贝莫来石、辉 钼矿、雪硅钙石中的一种或几种)载金属离子(Zn2+、Fe3+中的一种或几种)；稀土离子(Tb3+ 或Dy3+)和Th3+掺杂半导体(In2O3或SnO2)的聚合羟基金属阳离子柱撑层状矿物，两种层状 矿物改性机理同步复合，制备柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合材料及其使用方法。
技术介绍
随着环保意识的加强，细菌、有机污水等污染物的处理研究已引 起科研工作者的高度重视。现阶段，矿物材料和半导体材料在吸附和催化污染物、抗菌抑菌 等方面具有不可比拟的优势，其相关研究已成为热点领域之一。层状矿物材料具有优良的物化性能，使其在环保领域具有巨大潜力。在处理有机 悬浮物、重金属、细菌、病毒等领域，层状矿物材料的吸附能力超过活性碳。为进一步提高层 状矿物材料的吸附性，常利用不同的柱撑剂及合成方法得到新型的复合材料，以满足不同 领域的需要。通过对层状矿物微结构，如孔的大小和分布、热稳定性、化学活性、导电性、导 热性和光学性能等进行研究，可以预测催化剂和催化载体、环保材料、离子交换剂、光电材 料、储能材料和纳米级复合材料的新性能。半导体材料具有光催化活性高、稳定性好等优点，已成为公认的最优催化剂，其广 泛用于净化水，分解各种有毒有害污染物等领域中。但半导体材料具有一定的局限性，如能 隙较宽，它的吸收波长较短，能量的利用率较低。为提高其催化能力，常用改性法对其进行 改性。在众多的改性法中，稀土离子由于具有特殊的电子层结构，其掺杂可以使半导体的能 隙变窄，其可扩展半导体的吸收范围，且可行性极高。目前研究应用较多的是利用层状矿物结构中的阳离子可交换特性，把不同的金 属离子交换到矿物结构上来制备多功能材料，这方面的国内专利共有122个。中国专利 CN1978517公开了一种金属银插层改性二硫化钼的制备方法，该方法是在高分子保护条件 下利用溶胶凝胶法制备插层二硫化钼；中国专利CN101070147公开一种磷酸锆插层组装功 能材料的制备方法，以层状磷酸锆为载体，通过插层分子、层间结构、组装方式设计与调控， 制备出一种具有吸收作用的符合协调功能材料磷酸锆插层组装功能材料。尽管掺杂金属可 以降低半导体的光生电子一空穴复合率，但效果并不明显。另一种改性层状矿物的方法是以Ti02、ZrO2, Al2O3等半导体的聚合羟基金属阳 离子为柱撑剂，柱撑层状矿物。经在网上查询在这方面的专利共有41个(国内)。中 国专利CN1341484公开一种纳米二氧化钛柱撑膨润土的制备方法，该方法是一种以粒径 为Inm以下的二氧化钛为柱撑物，以该柱撑物嵌于膨润土层间通道的新型物质；中国专利 CN101069846公开一种高活性载银/ 二氧化钛柱撑蒙脱土复合纳米光催化剂的制备方法， 该方法是以蒙脱土为载体，二氧化钛和银为活性成分，其中元素Ti、Ag的负载量在5-10% (wt)间变化。但柱撑半导体的光生电子对分离的较少。而本专利以二维层状矿物载金属阳 离子为载体，以稀土离子掺杂半导体型的聚合羟基金属阳离子为柱撑剂，通过掺杂柱撑层 载法，在溶液中直接合成具有抗菌、空气净化、光催化降解等功能的复合材料。综上所述，基于稀土离子和Th3+掺杂半导体柱撑载金属阳离子的层状矿物所得的 多功能复合材料制备及应用方面的专利还未见报道。本专利技术提供一种柱撑层载/掺杂半导 体型复合多功能材料的制备及使用方法。该使用方法所制备的产品具有多种优良的性能， 该方法制备工艺简单，无需特殊复杂设备，原料易得，生产成本低，适用于大批量生产，应用 前景广阔。
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术的目的是提供一种柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合材 料的制备及使用方法。本专利技术要解决的技术问题是避免上述柱撑方法所制备的多功能材料 在现有技术中所存在的问题，提供一种原材料消耗少，工艺简单，生产成本低的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的技术方案是一种柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合材料，其特征在于，以二维层状矿物为 载体，载入金属离子；并以稀土离子掺杂半导体型的聚合羟基金属阳离子为柱撑剂；通过 掺杂柱撑层载法，对层状矿物进行柱撑，制备出具有抗菌、空气净化、光催化降解等功能的 复合材料；依次包括如下步骤A、制备层状矿物悬液将层状矿物加入到1. Omol/L的金属离子Si2+、！^3+中的一 种或几种的盐溶液中，充分混合后静止6h，即得载金属离子的层状矿物悬液；B、制备混合溶液称取累托石的4mmol/g量的InCl3 · 4H20或SnCl4 · 5H20，溶解于 去离子水中，缓慢滴加氨水并不断搅拌，将沉淀离心洗涤后，加入硝酸溶解的稀土离子Tb3+ 或Dy3+、Th3+和聚乙二醇成混合溶液；C、制备凝胶再按上述混合溶液与载金属离子的层状矿物悬液1 1的体积比混 合，继续搅拌分散均勻成溶胶，在80°C -90°C恒温回流成凝胶；D、制备柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合材料将上述凝胶于100°C -120°C 下烘干，再于500°C -600°C恒温煅烧池后研磨，即制备出抗菌性抗菌率> 99%、抗菌持 久性抗菌率> 95%,甲醛净化率> 80%、甲苯净化率> 50%，光催化降解苯酚水溶液率 ^99%,空气经激发，空气中负离子浓度> 4000个/cm3的柱撑层载/掺杂半导体型多功能 复合材料。柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合材料的使用方法(1)柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合涂料的制备方法为，将制备的柱撑层载 /掺杂半导体多功能复合材料粉磨至-0. 0750mm,按照柱撑层载/掺杂半导体多功能复合 材料粉体1-10 %，苯丙乳液25-35 %，其他填料20-40 %，成膜助剂1_5 %，分散剂0. 1-2 %， 润湿剂0. 1-1%，消泡剂0. 1-0. 8%，增稠剂0. 1_2%，水适量的组分进行配合；将柱撑层载 /掺杂半导体多功能复合材料粉体加入经搅拌分散的成膜助剂、分散剂、润湿剂、消泡剂中， 分散5-30分钟，氨水调至PH = 8-9后，添加苯丙乳液，高速乳化5-30分钟，静止后加入增 稠剂搅拌均勻，即制备出抗菌率> 99%、抗菌持久性抗菌率> 95%,甲醛净化率> 80%, 甲苯净化率> 50%、空气经激发，空气中负离子浓度> 4000个/cm3的空气净化涂料。(2)柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合织物的制备方法为，将制备的柱撑层载/ 掺杂半导体多功能复合材料粉磨至-0. 0630mm，按照质量比为0. 3 1. 0%的柱撑层载/掺杂半导体多功能复合材料粉体加入到含有质量比0. 01% -0. 5%粘合剂的水中，机械搅拌 后，将未经柔软处理的纯棉或混纺纺织品浸入其中，采用平幅轧车一浸一压，控制压余率为 80-100%，送入120°C烘箱中120-180秒定型，即得抗菌性抗菌率> 98%、抗菌持久性抗 菌率> 94%的广谱抗菌纺织品。(3)柱撑层载/掺杂半导体型多功能复合塑料的制备方法为，其特征 在于，将制备的柱撑层载/掺杂半导体多功能复合材料粉磨至-0. 0750mm,再将 聚烯烃塑料、柱撑层载/掺杂半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种柱撑层载／掺杂半导体型多功能复合材料的制备方法，其特征在于，以二维层状矿物为载体，载入金属离子；并以稀土离子掺杂半导体型的聚合羟基金属阳离子为柱撑剂；通过掺杂柱撑层载法，对层状矿物进行柱撑，制备出具抗菌、空气净化、光催化降解功能的复合材料；依次包括如下步骤：Ａ、制备层状矿物悬液：将一定量的层状矿物加入１．０ｍｏｌ／Ｌ的金属离子Ｚｎ２＋、Ｆｅ３＋中的一种或几种的盐溶液中，充分混合后静止６ｈ，即得载金属离子的层状矿物悬液；Ｂ、制备混合溶液：称取一定量的ＩｎＣｌ３.４Ｈ２Ｏ或ＳｎＣｌ４.５Ｈ２Ｏ，溶解于去离子水中，缓慢滴加氨水并不断搅拌，将沉淀离心洗涤后，加入硝酸溶解的稀土离子Ｔｂ３＋或Ｄｙ３＋、Ｔｈ３＋和聚乙二醇成混合溶液；Ｃ、制备凝胶：再按上述混合溶液与载金属离子的层状矿物悬液１∶１的体积比混合，继续搅拌分散均匀成溶胶，在８０℃－９０℃恒温回流成凝胶；Ｄ、制备柱撑层载／掺杂半导体型多功能复合材料：将上述凝胶于１００℃－１２０℃下烘干，再于５００℃－６００℃恒温煅烧３ｈ后研磨，即制备出柱撑层载／掺杂半导体型多功能复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董发勤，马丽阳，冯启明，王维清，代群威，王伟，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]