專利名稱：降解空氣中有機(jī)物的高比表面光催化涂層材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于環(huán)境空氣中有機(jī)物降解的高比表面積光催化涂層材料，屬于光催化涂層材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著中國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展，城市新建建筑裝修、交通運(yùn)輸、化工醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)等規(guī)模急速擴(kuò)張，環(huán)境空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物含量快速升高，因此帶來(lái)的異味污染、光化學(xué)煙霧以及次生的細(xì)顆粒物PM2.5等環(huán)境問題日益突出。揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)入環(huán)境空氣后，其降解消除過(guò)程主要依靠自然光線照射降解，部分區(qū)域局部揮發(fā)性有機(jī)物的集中排放超過(guò)了局部環(huán)境自然降解的速度，其環(huán)境空氣質(zhì)量的改善只能依靠空氣流動(dòng)產(chǎn)生的擴(kuò)散和降解完成，因此城市或工業(yè)園區(qū)的許多區(qū)域，揮發(fā)性有機(jī)物排放產(chǎn)生的環(huán)境問題較為突出。利用自然太陽(yáng)光催化技術(shù)，降解環(huán)境空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物是一種適宜大規(guī)模使用，成本低廉的方法，特別是自然太陽(yáng)光的光強(qiáng)遠(yuǎn)大于人工光源，即便是相對(duì)分布較少的紫外部分。已有的專利技術(shù)也特別注意到了該方法的實(shí)用和便利性，如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN03117023.4公開的《一種超自潔外墻建筑有機(jī)涂料及其制備方法》、CN99121551.6公開的《光催化劑復(fù)合物及其制備方法》以及CN99126362.6公開的《活性氧化物包覆的多孔粉體材料及其制備方法和用途》等，分別提出了適用于墻體涂料配方、光催化劑過(guò)渡金屬、貴金屬、稀土等改性的合成方法。以上技術(shù)限于涂料組成的基本要求，其配方均使用了有機(jī)單體聚合后的高聚物作為涂料的連續(xù)成膜材料，其結(jié)果是涂層僅有極少的二氧化鈦光催化劑暴露于太陽(yáng)光的輻射之下，產(chǎn)生目標(biāo)希望的光催化反應(yīng)。CNOl115625.2公開的《用于有機(jī)物光催化分解的二氧化鈦納米涂料及其制備方法》、CN01115626.0公開的《用于形成光催化透明親水涂層的二氧化鈦納米涂料及其制備方法》、CN200410012965公開的《無(wú)需高溫?zé)Y(jié)處理的光催化劑的制備及其應(yīng)用》以及CN01129809X公開的《二氧化鈦/硅/鑰三元復(fù)合納米光催化劑及其制備方法》等注意到了這種有機(jī)聚合物的覆蓋作用，提出了將二氧化鈦納米粒子直接與有機(jī)硅粘結(jié)劑結(jié)合，形成光催化劑涂層的方法，其缺點(diǎn)是涂層缺少發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，比表面較小，涂層中二氧化鈦光催化劑自身相互遮蓋后，只有表面二氧化鈦光催化劑起到相應(yīng)的有機(jī)物降解作用。CN200510011793公開的《氮摻雜納米二氧化鈦改性光催化涂料及其制備方法》、CN02810799.3公開的《具有光催化活性和吸附性能的光催化涂料及其制備方法》以及CN02810799.3公開的《具有光催化活性和吸附性能的光催化涂料及其制備方法》等發(fā)明注意到了光催化劑的氮摻雜改性和其它改性方法，但仍然使用的有機(jī)成膜劑也同樣有前述的光催化劑覆蓋和隔離作用，降低了涂層的光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有用于環(huán)境空氣中有機(jī)物降解的光催化涂料存在的不足，提供一種比表面積大、降解揮發(fā)性有機(jī)物效果好、耐候性強(qiáng)的降解空氣中有機(jī)物的高比表面光催化涂層材料，同時(shí)提供一種該涂層材料的制備方法。本發(fā)明的降解空氣中有機(jī)物的高比表面光催化涂層材料，以總重量份數(shù)為100份計(jì)，由以下重量份數(shù)的物質(zhì)組成:納米二氧化鈦1-5份、摻氮二氧化鈦1-5份、含二氧化硅20%重量的硅溶膠40_60份、鈦酸四乙酯3-6份、正硅酸乙酯20-45份和甲基三乙氧基硅烷5份。上述光催化涂層材料的制備方法，包括以下步驟:(I)在450°C _650°C將前驅(qū)物二氧化鈦(優(yōu)選P25)在氮?dú)夂桶被旌蠚夥罩械?小時(shí)，得到摻氮二氧化鈦，其中氮?dú)夂桶币泽w積比9:1 ;(2)稱取重量份納米二氧化鈦1-5份、摻氮二氧化鈦1-5份、含二氧化硅20%重量的硅溶膠40-60份、鈦酸四乙酯3-6份、正硅酸乙酯20-45份和甲基三乙氧基硅烷5份，總份數(shù)為100份；(3)將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液；(4)將鈦酸四乙酯加入上述預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料立即使用，涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。本發(fā)明具有以下有益效果:1.使用納米二氧化鈦和氮摻雜納米二氧化鈦混合物為光催化劑，提高了自然太陽(yáng)光中可見光的利用率；2.使用最終成膜的硅膠為光催化劑的高比表面積支撐材料，其比表面積大于200m2.g'使得納米二氧化鈦光催化在二氧化硅形成的微孔網(wǎng)狀材料上形成立體分布的空間分散狀態(tài)，自然光線穿透二氧化硅微孔材料時(shí)，在光催化劑二氧化鈦納米顆粒上形成吸收和散射，提高了光子利用效率；3.添加了鈦酸乙酯，并和正硅酸乙酯為交聯(lián)劑，涂覆施工后，鈦酸乙酯和正硅酸乙酯水解為二氧化鈦和二氧化硅，提高了光催化劑顆粒與二氧化硅載體的粘結(jié)性能；4.添加了少量甲基、二甲基有機(jī)硅材料，抑制了微孔中水蒸氣的凝結(jié)及其對(duì)載體材料的破壞作用，提高了涂層耐候性；5.涂覆完成后形成無(wú)機(jī)材料組成的透明光催化涂層，在自然光照條件下，加速降解環(huán)境空氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，適用于城市或化工園區(qū)建筑物的向陽(yáng)墻體的水泥、瓷磚、玻璃等表面的墻體涂覆。
具體實(shí)施例方式各施實(shí)例中摻氮二氧化鈦的制備都是一樣的，是將前驅(qū)物二氧化鈦(優(yōu)選P25)在4501:-6501:下于氮?dú)夂桶被旌蠚夥罩械?小時(shí)得到，其中氮?dú)夂桶币泽w積比9:1。各施實(shí)例的硅溶膠中均含20%重量的二氧化硅。實(shí)施例1稱取重量份納米二氧化鈦(優(yōu)選P25) 5份、摻氮二氧化鈦5份、娃溶膠42份、鈦酸四乙酯6份、正硅酸乙酯37份和甲基三乙氧基硅烷5份。先將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液，再將鈦酸四乙酯加入預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料，立即涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。
實(shí)施例2稱取重量份納米二氧化鈦I份、摻氮二氧化鈦I份、硅溶膠60份、鈦酸四乙酯3份、正硅酸乙酯30份和甲基三乙氧基硅烷5份。先將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液，再將鈦酸四乙酯加入預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料，立即涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。實(shí)施例3稱取重量份納米二氧化鈦4份、摻氮二氧化鈦4份、硅溶膠55份、鈦酸四乙酯5份、正硅酸乙酯27份和甲基三乙氧基硅烷5份。先將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液，再將鈦酸四乙酯加入預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料，立即涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。實(shí)施例4稱取重量份納米二氧化鈦3份、摻氮二氧化鈦3份、硅溶50份、鈦酸四乙酯4份、正硅酸乙酯35份和甲基三乙氧基硅烷5份。先將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液，再將鈦酸四乙酯加入預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料，立即涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。實(shí)施例5稱取重量份納米二氧化鈦5份、摻氮二氧化鈦5份、硅溶59份、鈦酸四乙酯6份、正硅酸乙酯20份和甲基三乙氧基硅烷5份。先將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液，再將鈦酸四乙酯加入預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料，立即涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。實(shí)施例6稱取重量份納米二氧化鈦2份、摻氮二氧化鈦2份、硅溶40份、鈦酸四乙酯6份、正硅酸乙酯45份和甲基三乙氧基硅烷5份。先將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液，再將鈦酸四乙酯加入預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料，立即涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。
權(quán)利要求
1.一種降解空氣中有機(jī)物的高比表面光催化涂層材料，其特征是:以總重量份數(shù)為100份計(jì)，由以下重量份數(shù)的物質(zhì)組成:納米二氧化鈦1-5份、摻氮二氧化鈦1-5份、含二氧化硅20%重量的硅溶膠40-60份、鈦酸四乙酯3-6份、正硅酸乙酯20-45份和甲基三乙氧基娃燒5份。
2.—種權(quán)利要求1所述降解空氣中有機(jī)物的高比表面光催化涂層材料的制備方法，其特征是，包括以下步驟: (1)在450°C_650°C將前驅(qū)物二氧化鈦在氮?dú)夂桶被旌蠚夥罩械?小時(shí)，得到摻氮二氧化鈦，其中氮?dú)夂桶币泽w積比9:1 ; (2)稱取重量份納米二氧化鈦1-5份、摻氮二氧化鈦1-5份、含二氧化硅20%重量的硅溶膠40-60份、鈦酸四乙酯3-6份、正硅酸乙酯20-35份和甲基三乙氧基硅烷5份，總份數(shù)為100份； (3)將納米二氧化鈦、步驟I制備的摻氮二氧化鈦、硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液； (4)將鈦酸四乙酯加入上述預(yù)混合液，混合均勻后制成涂層材料立即使用，涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥。
全文摘要
一種降解空氣中有機(jī)物的高比表面光催化涂層材料及制備方法，以總重量份數(shù)為100份計(jì)，該涂層材料由以下重量份數(shù)的物質(zhì)組成納米二氧化鈦1-5份、摻氮二氧化鈦1-5份、含二氧化硅20%重量的硅溶膠40-60份、鈦酸四乙酯3-6份、正硅酸乙酯20-45份和甲基三乙氧基硅烷5份；按重量份稱取納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、硅溶膠、鈦酸四乙酯、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷；將納米二氧化鈦、摻氮二氧化鈦、含二氧硅溶膠、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均勻，制成預(yù)混合液；使用時(shí)將鈦酸四乙酯加入上述預(yù)混合液，立即涂敷在建筑物向陽(yáng)面墻體或屋頂，自然干燥；該光催化涂層材料比表面積大、降解揮發(fā)性有機(jī)物效果好、耐候性強(qiáng)。
文檔編號(hào)B01J35/12GK103203245SQ201310123409
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者蘇曉文, 劉思明, 張 林, 呂剛林, 孟凡軍, 張志軒 申請(qǐng)人:山東大學(xué)