專利名稱：一種用于光催化的納米復(fù)合膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米鈦硅活性粒子合成和光催化納米復(fù)合膜的制備方法，屬于光催化納米復(fù)合膜制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
1972年，F(xiàn)ujishim等發(fā)現(xiàn)了光照的TiO2表面能發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)，從而開始了光催化反應(yīng)的研究。實踐證明，對一些毒性大、生物難降解的有機污染物，利用TiO2的光生強氧化性，在常溫、常壓下可以將有機污染物徹底氧化為H2O、CO2等小分子。TiO2不僅能夠處理多種有機污染物，而且具有很好的殺菌及抑制病毒活性的作用，對氣態(tài)污染物也有很好的去除效果，具有無污染、效率高、反應(yīng)條件溫和、適用范圍廣等優(yōu)點，因而成為較理想的環(huán)境凈化材料。由于TiO2是寬禁帶(E＝3.2eV)半導(dǎo)體化合物，只有波長較短的太陽光能(λ＜387nm)才能被吸收，而該部分紫外線(300～400nm)只占到達到地面上的太陽光能的4～6％，太陽能利用率很低。
用于光催化的TiO2要求納米化，多孔化，并且要利于回收再利用。高光催化活性的TiO2要求有較高的比表面積以利于吸附更多的染料分子，只有緊密吸附在半導(dǎo)體表面的染料分子才能產(chǎn)生有效的敏化效應(yīng)。因此，制備出較大比表面積的二氧化鈦對提高光催化性能有很大的幫助。
針對TiO2的這些缺點，國內(nèi)外研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過SiO2負載，改性TiO2是其中一個有效的方法。SiO2具有很好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且不容易聚集，在中性條件下或是較高鹽條件下也有較好的穩(wěn)定性。通過SiO2負載對TiO2進行改性，提高TiO2光譜響應(yīng)、光催化量子效率及光催化反應(yīng)速率，并應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域，具有極大的現(xiàn)實意義。納米復(fù)合光催化膜的制備目前較為常見的是將納米物質(zhì)加入適量的水和添加劑，經(jīng)震蕩、研磨，使團聚的納米物質(zhì)分散成均勻的漿料，然后再將其添加到涂料中，這樣制備的涂料往往納米物質(zhì)在其中分散不均勻，這樣既加大了成本，有時也難以達到理想的效果。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可用于光催化的納米復(fù)合膜的制備方法，可以使納米物質(zhì)在涂料中分散均勻，同時有效提高光催化膜的光催化活性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的本發(fā)明由以下技術(shù)措施實現(xiàn)，其中所用原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量分數(shù) (1)在室溫強力攪拌下(300轉(zhuǎn)/分～1400轉(zhuǎn)/分)，將正硅酸乙酯緩慢的加入到占總量1/4的無水乙醇中，配成溶液A；將占總量1/4的無水乙醇，水和鹽酸(或硝酸)混合均勻，用量為使整個溶液體系pH值在1.5-2即可，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢的加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，60℃～80℃回流1～3小時，得到SiO2溶膠； (2)在室溫強力攪拌下(300轉(zhuǎn)/分～1400轉(zhuǎn)/分)，將鈦酸四丁酯，占總量1/4的無水乙醇與冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有鹽酸(或硝酸)和1/4無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌3～6小時，得到TiO2/SiO2溶膠； (3)將步驟(2)所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，50℃～80℃減壓烘干，研缽研磨，600～800℃焙燒即可得到納米TiO2/SiO2白色粉末；其中各原料配比為n1(正硅酸乙酯+鈦酸四丁酯)∶n2(無水乙醇)∶n3(蒸餾水)∶n4(鹽酸或硝酸)＝1∶16～20∶4～6∶0.03～0.07，n5(鈦酸四丁酯)∶n6(冰醋酸)＝1∶0.4～0.7； (4)將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15～30分鐘均勻，制成TiO2/SiO2樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
為了檢驗?zāi)さ墓獯呋到庑阅?，本發(fā)明選用亞甲基藍作為降解的對象，對樣品分別進行了光催化降解測試，測試儀器使用HP22pc型可見光分光光度計，將15×70mm樣品浸到濃度為10mg/L-50mg/L亞甲基藍溶液中泡制24小時，然后放到無光的箱中常溫自然干燥，得到一系列的待測樣品，將待測樣品在紫外光和自然光照射下，測試樣品吸光度的變化，從而計算出降解率，結(jié)果顯示，無論在紫外光下或自然光下，涂層都體現(xiàn)出光催化性能，且紫外光照射下光催化降解性能更佳。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下述優(yōu)點和有益效果 (1)本發(fā)明使用二氧化硅與二氧化鈦復(fù)合，很好的控制了納米二氧化鈦的粒徑，改善了二氧化鈦粉體的光催化活性。
(2)本發(fā)明采用研磨分散和超聲波分散相結(jié)合的分散手段，有效的改善了納米粉體在涂層中的分散情況。

具體實施例方式 為了更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。
實施例1 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到24.55mL無水乙醇中，配成溶液A；將24.55mL無水乙醇，7.2mL水和0.25mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠。將23.18mL鈦酸四丁酯，24.55mL無水乙醇與2.3mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.25mL鹽酸和24.55mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，600℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例2 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到32.75mL無水乙醇中，配成溶液A；將32.75mL無水乙醇，9.6mL水和0.34mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將34.76mL鈦酸四丁酯，32.75mL無水乙醇與3.45mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.34mL鹽酸和32.75mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，600℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例3 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到40.92mL無水乙醇中，配成溶液A；將40.92mL無水乙醇，12mL水和0.43mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將46.35mL鈦酸四丁酯，40.92mL無水乙醇與4.6mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.43mL鹽酸和40.92mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，600℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例4 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到24.55mL無水乙醇中，配成溶液A；將24.55mL無水乙醇，7.2mL水和0.25mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將23.18mL鈦酸四丁酯，24.55mL無水乙醇與2.3mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.25mL鹽酸和24.55mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，700℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層。然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例5 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到24.55mL無水乙醇中，配成溶液A；將24.55mL無水乙醇，7.2mL水和0.25mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將23.18mL鈦酸四丁酯，24.55mL無水乙醇與2.3mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.25mL鹽酸和24.55mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，800℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層。然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例6 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到32.75mL無水乙醇中，配成溶液A；將32.75mL無水乙醇，9.6mL水和0.34mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將34.76mL鈦酸四丁酯，32.75mL無水乙醇與3.45mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.34mL鹽酸和32.75mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，700℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例7 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到32.75mL無水乙醇中，配成溶液A；將32.75mL無水乙醇，9.6mL水和0.34mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將34.76mL鈦酸四丁酯，32.75mL無水乙醇與3.45mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.34mL鹽酸和32.75mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，800℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例8 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到40.92mL無水乙醇中，配成溶液A；將40.92mL無水乙醇，12mL水和0.43mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將46.35mL鈦酸四丁酯，40.92mL無水乙醇與4.6mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.43mL鹽酸和40.92mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，700℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
實施例9 將6.65mL正硅酸乙酯緩慢地加入到40.92mL無水乙醇中，配成溶液A；將40.92mL無水乙醇，12mL水和0.43mL鹽酸混合均勻，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢地加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，80℃回流2小時，得到SiO2溶膠；將46.35mL鈦酸四丁酯，40.92mL無水乙醇與4.6mL冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有0.43mL鹽酸和40.92mL無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌4小時，得到TiO2/SiO2溶膠；所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，65℃減壓烘干，研缽研磨，800℃焙燒，即為本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物納米TiO2/SiO2白色粉末；將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15分鐘均勻，制成TiO2/SiO2/樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
權(quán)利要求
1.一種光催化納米復(fù)合膜的制備方法，其特征在于將納米二氧化鈦和二氧化硅復(fù)合物添加到涂料中，通過溶膠-凝膠法將TiO2溶膠和SiO2溶膠在常溫下復(fù)合后凝膠，經(jīng)高溫處理，獲得一種具有較好光催化活性的納米復(fù)合物質(zhì)，將制備的納米復(fù)合物添加到涂料中，經(jīng)研磨機分散和超聲波分散，制備出具有高光催化活性的自潔涂層，包括下述步驟
(1)在室溫強力攪拌下(300轉(zhuǎn)/分～1400轉(zhuǎn)/分)，將正硅酸乙酯緩慢的加入到占總量1/4的無水乙醇中，配成溶液A；將占總量1/4的無水乙醇，水和鹽酸(或硝酸)混合均勻，用量為使整個溶液體系pH值在1.5-2即可，配成溶液B；將A在磁力攪拌下，緩慢的加入到已經(jīng)配好的B中，劇烈攪拌，60℃～80℃回流1～3小時，得到SiO2溶膠；
(2)在室溫強力攪拌下(300轉(zhuǎn)/分～1400轉(zhuǎn)/分)，將鈦酸四丁酯，占總量1/4的無水乙醇與冰醋酸混合，配成溶液C；在磁力攪拌下，將C溶液和已經(jīng)制備好的SiO2溶膠緩慢的滴加到已經(jīng)裝有鹽酸(或硝酸)和1/4無水乙醇的三口燒瓶中，控制兩者的滴加速度，使得兩者幾乎同時滴加完全，攪拌3～6小時，得到TiO2/SiO2溶膠；
(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物在室溫下陳化，完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，50℃～80℃減壓烘干，研缽研磨，600～800℃焙燒即可得到納米TiO2/SiO2白色粉末；其中各原料配比為n1(正硅酸乙酯+鈦酸四丁酯)∶n2(無水乙醇)∶n3(蒸餾水)∶n4(鹽酸或硝酸)＝1∶16～20∶4～6∶0.03～0.07，n5(鈦酸四丁酯)∶n6(冰醋酸)＝1∶0.4～0.7；
(4)將制備的TiO2/SiO2復(fù)合粒子添加到醇酸樹脂中，用研磨機、超聲波分散15～30分鐘均勻，制成TiO2/SiO2樹脂有機涂層，然后將制備好的復(fù)合樹脂涂層放到無光的干燥箱中使之自然干燥，獲得用于光催化的納米復(fù)合膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將納米二氧化鈦和二氧化硅復(fù)合物添加到涂料中制備出高光催化活性涂層的方法，通過溶膠-凝膠法將TiO2溶膠和SiO2溶膠在常溫下復(fù)合后凝膠，經(jīng)高溫處理，獲得一種具有較好光催化活性的納米復(fù)合物質(zhì)，將制備的納米復(fù)合物添加到涂料中，經(jīng)研磨機分散和超聲波分散，制備出具有高光催化活性的自潔涂層，該技術(shù)特點在于在涂料配方中加入了納米光催化材料，在涂層的生產(chǎn)過程中應(yīng)用了獨特的分散技術(shù)，該技術(shù)在車用涂料、內(nèi)外墻用涂料、醫(yī)院手術(shù)臺用涂料以及家用電器用涂料等方面得到廣泛的應(yīng)用。
文檔編號C09D167/08GK101337180SQ20081003014
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者劉安華, 文 付 申請人:河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院