專利名稱：耦合改性高光催化效率的納米二氧化鈦漿料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高性能光催化劑，尤其涉及一種通過耦合改性的在日光下具有較 好光催化效率的納米二氧化鈦漿料。本發(fā)明同時(shí)還涉及一種通過耦合改性的在日光下具有較好光催化效率的納米二 氧化鈦漿料的制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦具有較高的光催化活性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、無二次污 染、無刺激性、安全無毒、方便易得等特點(diǎn)，是當(dāng)前最具有開發(fā)前景的綠色環(huán)保催化劑之一。 它合理利用自然光資源常溫常壓產(chǎn)生電子和空穴會很快運(yùn)動到粒子表面，與吸附在粒子表 面的H2O和O2反應(yīng)，生成羥基自由基和過氧負(fù)離子，從而可使二氧化鈦表面吸附的有機(jī)污染 物分解為C02、H20等無害物質(zhì)，起到礦化降解環(huán)境污染物和抑菌殺菌的作用。納米TiO2的優(yōu)異性能很大程度上取決于粒徑的大小，但是納米顆粒比表面積大、 比表面能高、屬熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在制備過程中或后處理過程中由于顆粒間普遍存在的 范德華力和庫侖力，使表面粒子相互靠在一起，從而使納米顆粒團(tuán)聚形成二次顆粒，形成軟 團(tuán)聚和硬團(tuán)聚，導(dǎo)致二氧化鈦?zhàn)罱K應(yīng)用時(shí)失去顆粒應(yīng)有的物性和功能。納米TiO2在水溶液 中的分散狀況直接影響其在納米電鍍、光催化涂料等工業(yè)上的實(shí)際應(yīng)用。因此納米粒子的 分散穩(wěn)定性是其發(fā)揮功能的關(guān)鍵。同時(shí)納米TiO2光催化劑帶隙較寬只能被波長不大于387nm的紫外光激發(fā)，而這部 分紫外線(300-400nm)只占到達(dá)地面上的太陽光能的4% 6%，太陽能利用率很低。而可 見光(400-700nm)卻占了太陽光能總能量的45%，因此能夠制備出可見光下具有高光催化 效率的光催化劑提高太陽能利用率成為技術(shù)關(guān)鍵。為了進(jìn)一步擴(kuò)展二氧化鈦的應(yīng)用領(lǐng)域，有必要對納米二氧化鈦進(jìn)行改性以制備出 在日光下具有較高催化性能的光催化劑漿料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在紫外光下和日光下均具有較好光催化效 率的耦合改性納米二氧化鈦漿料及其制備方法。為解決上述問題，本發(fā)明的耦合改性高光催化效率的納米二氧化鈦漿料，主要由 以下組分制成且各組分重量百分比為納米二氧化鈦粉體3% _35%，第一分散劑0-5%，第 二分散劑0-8 %，活性碳0-10 %，鐵黑0-15 %，硅藻土 0-20 %，微膠囊緩釋劑0_10 %，余量為 水。進(jìn)一步的，所述納米二氧化鈦漿料各組分重量百分比為納米二氧化鈦粉體 5%-30%,第一分散劑為0. 05-2 %，第二分散劑為0-5 %，活性碳為0_5 %，鐵黑為0_8 %，硅 藻土為0-10 %，微膠囊緩釋劑0-5 %，余量為水。所述第一分散劑及第二分散劑均為水性分散劑，其中第一分散劑為Hydropalat800、Hydropalat 3275、Hydropalat 5040、Hydropalat 5050 或者 Hydropalat 5040 與六偏 磷酸鈉的混合物，第二分散劑為 Hydropalat 3275、Hydropalat 3091 或 Hydropalat 392。 以上Hydropalat系列分散劑由海川公司(Oceanpower)提供。所述納米二氧化鈦粉體的晶型為銳鈦礦型，粒徑為10-60納米。所述納米二氧化鈦漿料的制備方法，其步驟包括，1)將設(shè)定重量的第一分散劑溶 于水中，再轉(zhuǎn)移至設(shè)定重量的納米二氧化鈦粉體，2)以5000-10000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速分 散，分散時(shí)間不超過3. 5小時(shí)，3)在2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘的研磨機(jī)下進(jìn)行球磨2_10小時(shí)，制 得納米二氧化鈦漿料。進(jìn)一步的，其具體步驟為1)將設(shè)定重量的第一分散劑溶于水中，再轉(zhuǎn)移至設(shè)定 重量的納米二氧化鈦粉體，2)以5000-10000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速分散，分散時(shí)間不超過 3. 5小時(shí)，3)進(jìn)行超聲分散，分散時(shí)間不超過10分鐘，4)在2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘的研磨機(jī)下 進(jìn)行球磨2-10小時(shí)，制得納米二氧化鈦漿料。再進(jìn)一步的，其具體步驟為1)將設(shè)定重量的第一分散劑溶于水中，再轉(zhuǎn)移至設(shè) 定重量的納米二氧化鈦粉體，2)以5000-10000轉(zhuǎn)/分鐘的速度高速分散，分散時(shí)間不超過 3. 5小時(shí)，3)進(jìn)行超聲分散，分散時(shí)間不超過10分鐘，4)加入活性碳，5)在2000-3000轉(zhuǎn)/ 分鐘的研磨機(jī)下進(jìn)行球磨2-10小時(shí)，6)加入設(shè)定重量的第二分散劑，7)以500-1000轉(zhuǎn)/ 分鐘，攪拌10-30分鐘，將各組分?jǐn)嚢杈鶆?，制得納米二氧化鈦漿料。更進(jìn)一步的，在步驟4)中還加入設(shè)定重量的鐵黑或/和硅藻土，在步驟6)中還加 入設(shè)定重量的微膠囊緩釋劑。所述高速分散產(chǎn)生的剪切力可以將納米二氧化鈦粉體的大顆粒細(xì)化，也可使分散 劑分子均勻的包覆在顆粒表面。所述超聲分散采用1200W大功率超聲儀進(jìn)行，利用超聲空 化分散時(shí)產(chǎn)生的局部高溫、高壓、強(qiáng)沖擊波和微射流等，弱化納米微粒間的納米作用能，防 止納米微粒團(tuán)聚。所述球磨可以使各材料充分耦合，同時(shí)可以降低材料的粒徑。本發(fā)明的納米二氧化鈦漿料采用所述的分散劑通過高速分散，超聲分散，球磨等 分散方法打開納米粉體間的軟硬團(tuán)聚，降低粉體的粒徑，保障其納米級“尺寸量子化”和“面 積”效應(yīng)。同時(shí)采用鐵黑，活性炭，微膠囊緩釋劑等與納米二氧化鈦分散漿耦合的技術(shù)，一方 面降低空穴和電子的復(fù)合率，另一方面增強(qiáng)光催化劑對污染物的捕捉能力，從而提高污染 物的降解率和日光下的光催化效率。因此本發(fā)明在紫外光下和日光下均具有較好的光催化 效率。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種通過耦合改性的在日光下具有較高光催化效率的納米二氧化鈦漿 料，其主要組分為納米二氧化鈦，分散劑和水，還可以包括活性碳，鐵黑，硅藻土，微膠囊緩 釋劑。上述組分通過分散，球磨等步驟制成納米二氧化鈦漿料。漿料制備好后刷涂在試板 上，干燥后放入密閉的氣箱中，通入一定濃度的二氧化氮?dú)怏w，通過測量日光燈下二氧化氮 的降解速度的變化評價(jià)其光催化性能。實(shí)施例1稱取納米二氧化鈦粉體60g，以Hydropalat 800為第一分散劑稱取0. 6g，水240g， 采用lmol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)其pH值至5，8000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散2小時(shí)，2000轉(zhuǎn)/分鐘鋯珠球磨3小時(shí)，激光粒度儀測試其粒度D5tl為55nm，該漿料放置48h不會發(fā)生分層現(xiàn)象。實(shí)施例2稱取納米二氧化鈦粉體70g，以Hydr0palat3275為第一分散劑稱取1. 2g，水240g， 采用lmol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)其pH值至4，6000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散2小時(shí)，超聲分散2分鐘， 2500轉(zhuǎn)/分鐘鋯珠球磨4小時(shí)，激光粒度儀測試其粒度D5tl為48nm，該漿料放置48h不會發(fā) 生分層現(xiàn)象。實(shí)施例3稱取納米二氧化鈦粉體40g，以Hydropalat 5040和六偏磷酸鈉為雙組分分散劑 作為第一分散劑，其中H5040稱取0. 6g，六偏磷酸鈉0. 4g，水200g，采用lmol/L的氫氧化鈉 溶液調(diào)節(jié)其PH值至8，10000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散2小時(shí)，超聲分散4分鐘，2500轉(zhuǎn)/分鐘鋯 珠球磨6小時(shí)，激光粒度儀測試其粒度D5tl為35nm，該漿料放置48h不會發(fā)生分層現(xiàn)象。實(shí)施例4稱取納米二氧化鈦粉體60g，以Hydropalat 5040為第一分散劑稱取0. 6g，水 240g，8000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散2小時(shí)，超聲分散3分鐘，加活性碳9g，3000轉(zhuǎn)/分鐘球磨6 小時(shí)，以Hydropalat 3275為第二分散劑稱取4g散劑，500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌15分鐘。采用 120X 200mm的玻璃板為樣板，膜厚為100 μ m。該漿料顏色均勻，涂板后無浮白現(xiàn)象。測試 結(jié)果表明在15分鐘內(nèi)二氧化氮的降解率達(dá)到95%以上，比同樣二氧化氮初始濃度下單獨(dú) 的納米二氧化鈦分散漿降解率提高了 15個(gè)百分點(diǎn)。實(shí)施例5稱取納米二氧化鈦粉體70g，以Hydropalat 800為第一分散劑稱取1. 4g，水280g， 10000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散3. 5小時(shí)，超聲分散4分鐘，加活性碳11. 5g，鐵黑2. 9g，3000轉(zhuǎn)/ 分鐘球磨6小時(shí)，以Hydropalat 3091為第二分散劑稱取6g，800轉(zhuǎn)/分鐘攪拌20分鐘。采 用120X200mm的玻璃板為樣板，膜厚為ΙΟΟμπι。該漿料顏色均勻，涂板后無浮白現(xiàn)象。測 試結(jié)果表明15分鐘內(nèi)含有鐵黑的漿料二氧化氮的降解率達(dá)到96%以上。實(shí)施例6稱取納米二氧化鈦粉體60g，以Hydropalat 5050為第一分散劑稱取0. 8g，水 240g，10000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散3小時(shí)，超聲分散3分鐘，加活性碳9g，鐵黑2. 3g，3000轉(zhuǎn)/ 分鐘球磨6小時(shí)，以Hydropalat 392為第二分散劑稱取5g，微膠囊緩釋劑16g，800轉(zhuǎn)/分 鐘攪拌15分鐘。采用120 X 200mm的玻璃板為樣板，膜厚為ΙΟΟμπι。該漿料顏色均勻，涂板 后無浮白現(xiàn)象。測試結(jié)果表明在15分鐘內(nèi)該漿料可使二氧化氮的降解率達(dá)到97%左右。實(shí)施例7稱取納米二氧化鈦粉體70g，以Hydropalat 5040和六偏磷酸鈉為第一分散劑其 中H5040稱取1. 5g，六偏磷酸鈉2. Og,水280g，10000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散3. 5小時(shí)，超聲分散 4分鐘，加活性碳llg，鐵黑3g，硅藻土 3g，3000轉(zhuǎn)/分鐘球磨6小時(shí)，以Hydropalat 3091 為第二分散劑稱取5g，微膠囊緩釋劑16g，700轉(zhuǎn)/分鐘攪拌20分鐘。采用120X200mm的 玻璃板為樣板，膜厚為ΙΟΟμπι。該漿料顏色均勻，涂板后無浮白現(xiàn)象。測試結(jié)果表明在10 分鐘內(nèi)該漿料可使二氧化氮的降解率達(dá)到95%左右。以上所述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原 則內(nèi)所作的修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種耦合改性高光催化效率的納米二氧化鈦漿料，其特征在于，主要由以下組分制成且各組分重量百分比為納米二氧化鈦粉體3％ 35％，第一分散劑0.05 5％，第二分散劑0 8％，活性碳0 10％，鐵黑0 15％，硅藻土0 20％，微膠囊緩釋劑0 10％，余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米二氧化鈦漿料，其特征在于，各組分重量百分比為納米 二氧化鈦粉體5 % -30 %，第一分散劑為0. 05-2 %，第二分散劑為0-5 %，活性碳為0_5 %，鐵 黑為0-8%，硅藻土為0-10%，微膠囊緩釋劑0-5%，余量為水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米二氧化鈦漿料，其特征在于所述第一分散劑 及第二分散劑均為水性分散劑，其中第一分散劑為Hydropalat 800、Hydropalat 3275、 Hydropalat5040,Hydropalat 5050 或者 Hydropalat 5040 與六偏磷酸鈉的混合物，第二分 散齊U為 Hydropalat 3275、Hydropalat 3091 或 Hydropalat 392。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米二氧化鈦漿料，其特征在于所述納米二氧化鈦粉 體的晶型為銳鈦礦型，粒徑為10-60納米。
5.權(quán)利要求1至4任一所述的納米二氧化鈦漿料的制備方法，其步驟包括，1)將設(shè)定 重量的第一分散劑溶于水中，再轉(zhuǎn)移至設(shè)定重量的納米二氧化鈦粉體，2)以5000-10000轉(zhuǎn) /分鐘的速度高速分散，分散時(shí)間不超過3. 5小時(shí)，3)在2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘的研磨機(jī)下進(jìn) 行球磨2-10小時(shí)，制得納米二氧化鈦漿料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，其具體步驟為1)將設(shè)定重量的第 一分散劑溶于水中，再轉(zhuǎn)移至設(shè)定重量的納米二氧化鈦粉體，2)以5000-10000轉(zhuǎn)/分鐘的 速度高速分散，分散時(shí)間不超過3. 5小時(shí)，3)進(jìn)行超聲分散，分散時(shí)間不超過10分鐘，4)在 2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘的研磨機(jī)下進(jìn)行球磨2-10小時(shí)，制得納米二氧化鈦漿料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，其具體步驟為1)將設(shè)定重量的第一 分散劑溶于水中，再轉(zhuǎn)移至設(shè)定重量的納米二氧化鈦粉體，2)以5000-10000轉(zhuǎn)/分鐘的速 度高速分散，分散時(shí)間不超過3. 5小時(shí)，3)進(jìn)行超聲分散，分散時(shí)間不超過10分鐘，4)加入 設(shè)定重量的活性碳，5)在2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘的研磨機(jī)下進(jìn)行球磨2-10小時(shí)，6)加入設(shè)定 重量的第二分散劑，7)以500-1000轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌10-30分鐘，將各組分?jǐn)嚢杈鶆?，制得納 米二氧化鈦漿料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，在步驟4)還加入設(shè)定重量的鐵黑或/和硅藻土。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征在于，在步驟6)還加入設(shè)定重量的微 膠囊緩釋劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耦合改性高光催化效率的納米二氧化鈦漿料及其制備方法，該納米二氧化鈦漿料主要由納米二氧化鈦粉體、分散劑和水組成，還可以包括活性碳、鐵黑、硅藻土、微膠囊緩釋劑；其制備方法為將分散劑溶于水中，再轉(zhuǎn)移至納米二氧化鈦粉體，然后進(jìn)行分散和球磨，制得納米二氧化鈦漿料。本發(fā)明的納米二氧化鈦漿料不僅在紫外光下具有優(yōu)異的光催化效率，在日光下也具有較高的光催化效率。
文檔編號B01J21/06GK101992080SQ20091010931
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者何唯平, 李紅娟 申請人:深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司;深圳海川化工科技有限公司;上海啟鵬化工有限公司;河源海川科技有限公司