本發(fā)明屬于涂料制備技術領域，具體涉及一種具備空氣凈化功能涂料的制備方法。
背景技術：
國家室內(nèi)空氣檢測部門統(tǒng)計顯示新裝修的居室90％以上有害氣體嚴重超標，室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為世界各國政府和公眾關注的重要環(huán)境問題,在室內(nèi)空氣污染和空氣凈化問題上，納米tio2光催化涂料的研究和應用受到人們的廣泛關注。
tio2是一種優(yōu)異的光催化材料，但其只是在紫外光下具有優(yōu)異的光催化性能，而moo3作為一種重要的半導體光催化劑材料，其帶隙寬為2.30ev，對太陽光譜的吸收可以拓展至約500nm的可見光范圍內(nèi)。有研究者將moo3與tio2結(jié)合以提高其可見光催化性能，有研究發(fā)現(xiàn)向tio2催化劑中添加geo2后可以改變催化劑的化學組成、電子結(jié)構、表面性質(zhì)和晶體結(jié)構,可以明顯地增強tio2催化劑的分散性和吸附性，同時geo2/tio2復合膜光催化劑比單一納米tio2催化劑的活性要強。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明彌補了現(xiàn)有室內(nèi)涂料的不足，提供了一種具備空氣凈化功能涂料的制備方法，該方法分別制備geo2/tio2納米溶膠和moo3-tio2并將兩者與水、乳液及助劑混合形成凈化涂料，不但改善了涂料的使用性能，而且增加了涂料對可見光的利用，從而大大提高了涂料的空氣凈化效率。
本發(fā)明的具體技術方案是：
一種具備空氣凈化功能涂料的制備方法，關鍵點是，所述的制備方法包括以下步驟：
a、geo2/tio2復合粒子的制備
將鈦酸正丁酯溶解于無水乙醇中，再加入乙酰丙酮，室溫下靜置25-35min后形成a溶液，鈦酸正丁酯、無水乙醇和乙酰丙酮的質(zhì)量比為(15-19)：(65-69)：(0.8-1.2)，將醋酸、水以及無水乙醇按照質(zhì)量比(1.5-2)：(0.8-1.2)：(11-15)進行混合形成b溶液，a溶液中鈦酸正丁酯與b溶液中醋酸的質(zhì)量比為(3-5):1，隨后將b溶液滴入a溶液中，并在室溫下攪拌5-7h，得到tio2溶膠；將gecl4和冰醋酸按照質(zhì)量比(95-105)：1混合形成c溶液，c溶液中gecl4與a溶液中鈦酸正丁酯的質(zhì)量比為(4-6)：2，將c溶液滴入tio2溶膠并在室溫下超聲分散13-17min，得到納米級geo2/tio2復合溶膠；把geo2/tio2復合溶膠放入烘箱中進行100℃-120℃的干燥，干燥時間18-22min，將干燥后的geo2/tio2置于管式電爐中,在空速35000h-1、500℃條件下進行煅燒，煅燒25-35min，再以8℃·min-1的速度將其冷卻至室溫,得到geo2/tio2復合粒子；
b、moo3-tio2復合光催化粒子的制備
將鉬酸銨、tio2和水按照質(zhì)量比1：(3-4)：(9-11)進行混合并攪拌25-35min，形成d溶液，將d溶液放入烘箱中進行100℃-120℃的干燥，干燥時間為18-22min，將干燥后的混合物置于管式電爐中,在空速為35000h-1、500℃的條件下進行煅燒，煅燒25-35min，再以8℃·min-1的速度將其冷卻至室溫,得到moo3/tio2復合光催化粒子；
c、凈化涂料的制備
將moo3-tio2復合光催化粒子加入geo2/tio2復合粒子中進行攪拌，moo3-tio2復合光催化粒子和geo2/tio2復合粒子的質(zhì)量比為(0.8-1.5)：1，攪拌至分散均勻后形成改性二氧化鈦涂料，隨后依次加入水、乳液及助劑，改性二氧化鈦涂料、水、乳液及助劑之間的質(zhì)量比為(2.5-7.5)：10：(11-13)：(72-75)，攪拌10-14h后獲得凈化涂料。
所述的步驟a中，a溶液中鈦酸正丁酯、無水乙醇和乙酰丙酮的質(zhì)量比為17：67：1，b溶液中醋酸、水以及無水乙醇的質(zhì)量比為1.75：1：13，a溶液中鈦酸正丁酯與b溶液中醋酸的質(zhì)量比為4:1，c溶液中gecl4和冰醋酸的質(zhì)量比為102：1，c溶液中gecl4與a溶液中鈦酸正丁酯的質(zhì)量比為5：2；geo2/tio2復合溶膠在烘箱中進行110℃的干燥，干燥時間20min，干燥后的geo2/tio2在管式電爐中煅燒30min。
所述的步驟b中，鉬酸銨、tio2和水的質(zhì)量比為1：3.6：10，d溶液在烘箱中進行110℃的干燥，干燥時間為20min，干燥后的混合物在管式電爐中煅燒30min。
所述的步驟c中，moo3-tio2復合光催化粒子和geo2/tio2復合粒子的質(zhì)量比為1：1，改性二氧化鈦涂料、水、乳液及助劑之間的質(zhì)量比為5：10：12：73。
本發(fā)明的有益效果是：本申請moo3與tio2相結(jié)合，能夠提高可見光催化性能，同時，在tio2中添加geo2后可以改變tio2催化劑的化學組成、電子結(jié)構、表面性質(zhì)和晶體結(jié)構,可以明顯地增強tio2作為催化劑的分散性和吸附性，同時geo2/tio2復合膜光催化劑比單一納米tio2催化劑的活性強，geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子共同添加到凈化涂料中，不但改善了涂料的使用性能，而且增加了涂料對可見光的利用，從而大大提高了涂料的空氣凈化效率，同時，本發(fā)明方法沒有高溫高壓，操作簡便，成本能夠得到有效控制，對操作人員的技術要求不高，便于推廣和實施。
附圖說明
圖1是tvoc氣體濃度測試實驗系統(tǒng)結(jié)構示意圖。
附圖中，1、第一錐形瓶，2、第二錐形瓶，3、熱水槽，4、冰水槽，5、密封箱，6、樣片，7、塑料袋，8、暗箱，9、燈管，10、空氣質(zhì)量檢測儀，11、閥門a，12、閥門b，13、閥門c、14、閥門d，15、閥門e，16、閥門f，17、氣筒。
具體實施方式
本發(fā)明涉及一種具備空氣凈化功能涂料的制備方法，所述的制備方法包括geo2/tio2復合粒子的制備、moo3-tio2復合光催化粒子的制備以及凈化涂料的制備三個過程，制備得到的凈化涂料不但能夠改善涂料的使用性能，而且增加了涂料對可見光的利用，大大提高了涂料的空氣凈化效率。
具體實施例，
a、geo2/tio2復合粒子的制備
將鈦酸正丁酯溶解于無水乙醇中，再加入乙酰丙酮，室溫下靜置30min后形成a溶液，鈦酸正丁酯、無水乙醇和乙酰丙酮的質(zhì)量比為17：67：1，將醋酸、水以及無水乙醇按照質(zhì)量比1.75：1：13進行混合形成b溶液，a溶液中鈦酸正丁酯與b溶液中醋酸的質(zhì)量比為4:1，隨后將b溶液滴入a溶液中，并在室溫下攪拌6h，得到tio2溶膠；將gecl4和冰醋酸按照質(zhì)量比102：1混合形成c溶液，c溶液中gecl4與a溶液中鈦酸正丁酯的質(zhì)量比為5：2，將c溶液滴入tio2溶膠并在室溫下超聲分散15min，得到納米級geo2/tio2復合溶膠；把geo2/tio2復合溶膠放入烘箱中進行110℃的低溫干燥,干燥20min，將干燥后的geo2/tio2置于管式電爐中,在空速35000h-1、500℃條件下進行煅燒，煅燒30min，再以8℃·min-1的速度將其冷卻至室溫,得到geo2/tio2復合粒子；
b、moo3-tio2復合光催化粒子的制備
將鉬酸銨、tio2和水按照質(zhì)量比1：3.6：10進行混合并攪拌30min，形成d溶液，將d溶液放入烘箱中進行110℃的低溫干燥，干燥20min，將干燥后的混合物置于管式電爐中,在空速為35000h-1、500℃的條件下進行煅燒，煅燒30min，再以8℃·min-1的速度將其冷卻至室溫,得到moo3/tio2復合光催化粒子；
c、凈化涂料的制備
將moo3-tio2復合光催化粒子加入geo2/tio2復合粒子中進行攪拌，moo3-tio2復合光催化粒子和geo2/tio2復合粒子的質(zhì)量比為1：1，攪拌至分散均勻后形成改性二氧化鈦涂料，隨后依次加入水、乳液及助劑，改性二氧化鈦涂料、水、乳液及助劑之間的質(zhì)量比為5：10：12：73，攪拌12h后獲得凈化涂料。
通過掃描電子顯微鏡來觀察tio2膜和geo2/tio2復合膜的微觀外貌，從而進行分散性和吸附性的比較，tio2膜和geo2/tio2復合膜的涂膜及成膜過程如下所示：取1.5mx0.8mx1.5mm薄鋁片2副，經(jīng)過化學處理，使其表面平整干凈，把geo2/tio2復合溶膠、tio2分別均勻的噴涂在不同的鋁片上，兩份試片在110℃烘箱里干燥15min，重復上述操作3-4次，隨后將鋁片放入高溫爐中，以10℃/min的升溫速率升到500℃并保溫2個小時，最后在兩個鋁片表面分別形成geo2/tio2復合膜和tio2膜。利用jsm-7600f掃描電子顯微鏡觀察兩種膜表面的微觀形貌，得到sem照片，能夠很明顯地觀察到geo2/tio2復合膜光催化的粒徑與tio2膜比較明顯變小，geo2/tio2復合粒子的比表面積增大，geo2/tio2催化劑中有更多的高活性的微晶粒存在，添加geo2后可改變tio2作為催化劑時的化學組合、電子結(jié)構、表面性質(zhì)和晶體結(jié)構，使得tio2催化劑的分散性和吸附性能增強，添加了geo2/tio2的涂料有更高的催化活性。
將本發(fā)明所述方法制備得到的凈化涂料噴涂在50mm×50mm的玻璃基片上，共5層，每層厚度為2mm-3mm，在室溫下干燥24h形成測試樣片，然后利用jsm-7600f掃描電子顯微鏡觀察涂料表面的微觀形貌，不同成分的凈化涂料，其觀察得到的微觀外貌是不同的，能夠反映不同比例成分凈化涂料的分散性、分布均勻度等情況。
改性二氧化鈦涂料的質(zhì)量分數(shù)為5.0％時,geo2/tio2復合粒子與moo3-tio2復合光催化粒子不同質(zhì)量比時，兩種粒子在凈化涂料中的分布均勻度不相同，利用jsm-7600f掃描電子顯微鏡觀察不同質(zhì)量比的凈化涂料表面的微觀形貌，geo2/tio2復合粒子與moo3-tio2復合光催化粒子質(zhì)量比分別為1:1、1:2、1:3以及2:1，觀察得到不同質(zhì)量比時的sem照片，通過實驗可以得出以下結(jié)論：質(zhì)量比為2：1時，兩種粒子在凈化涂料中分散不均勻，出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，當提高moo3-tio2復合光催化粒子的質(zhì)量比例時，易使其自身團聚，當geo2/tio2復合粒子與moo3-tio2復合光催化粒子質(zhì)量比為1:1時，顆粒團聚現(xiàn)象不明顯，且分散較均勻；
當改性二氧化鈦涂料中geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子的質(zhì)量比為1:1時，凈化涂料中改性二氧化鈦涂料所占質(zhì)量分數(shù)的不同也會影響其分布均勻度，利用jsm-7600f掃描電子顯微鏡觀察改性二氧化鈦涂料質(zhì)量分數(shù)分別為2.5％、5％以及7.5％時凈化涂料表面的微觀形貌，得到不同的凈化涂料涂膜后的sem照片，當改性二氧化鈦涂料的質(zhì)量分數(shù)為2.5％時，改性二氧化鈦涂料、水、乳液及助劑之間的質(zhì)量比為2.5：10：13：74.5，geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子在涂料中的分布均勻度較低；當質(zhì)量分數(shù)提高到5.0％時，改性二氧化鈦涂料、水、乳液及助劑之間的質(zhì)量比為5：10：12：73，geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子在凈化涂料內(nèi)分布較均勻，只是局部有團聚現(xiàn)象；當質(zhì)量分數(shù)為7.5％時，改性二氧化鈦涂料、水、乳液及助劑之間的質(zhì)量比為7.5：10：11：71.5，geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子團聚嚴重，且難以使兩種粒子發(fā)揮應有的作用。綜上所述，當改性二氧化鈦涂料、水、乳液及助劑之間的質(zhì)量比為5：10：12：73時，geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子在凈化涂料中分布均勻度最好，兩種粒子能夠發(fā)揮其應有的最大作用。
凈化涂料的吸附/光催化性能分析通過tvoc氣體濃度測試實驗來進行，通過空氣質(zhì)量檢測儀來進行封閉空間中tvoc氣體濃度的檢測，如圖1所示實驗系統(tǒng)，打開閥門a11、閥門b12、閥門d14和閥門e15，關閉閥門c13和f16，用氣筒17將tvoc氣體打入第一錐形瓶1中，tvoc氣體經(jīng)過熱水槽3的熱水浴后進入第二錐形瓶2中進行冰水槽4的冰水浴，隨后進入裝有凈化涂料玻璃基體涂層樣片6的透明密封箱5中，密封箱5位于不透光的暗箱8中，暗箱8頂部安裝有燈管9，暗箱8中設置有與密封箱5連接的塑料袋7，暗箱8外部設置有與密封箱5連接的空氣質(zhì)量檢測儀10，tvoc氣體進入密封箱5之后將原有氣體頂入塑料袋7中，隨后關閉閥門e15，打開燈管9對密封箱5進行光照，凈化涂料對密封箱5中的tvoc氣體進行降解，光照一定時間后打開閥門f16，然后通過空氣質(zhì)量檢測儀10測試密封箱5內(nèi)tvoc氣體濃度，通過上述過程分別進行改性二氧化鈦涂料質(zhì)量分數(shù)分別為2.5％、5.0％以及7.5％時凈化涂料的降解實驗。
改性二氧化鈦涂料在凈化涂料中不同質(zhì)量分數(shù)時對tvoc氣體的降解率是不同的，通過測試實驗得出以下結(jié)論：當質(zhì)量分數(shù)為5.0％時，整體催化效果明顯，整個過程中對tvoc氣體降解較為明顯；當質(zhì)量分數(shù)為5％時，geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子質(zhì)量比的不同會導致凈化涂料對tvoc氣體的降解率不同，借助上段中的實驗過程分別進行geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子比例為1:1、1:2、1:3以及2:1的凈化涂料降解實驗，通過實驗可得：geo2/tio2復合粒子和moo3-tio2復合光催化粒子質(zhì)量比為2:1和1:1時對tvoc氣體的降解較為明顯，而隨著moo3-tio2復合光催化粒子增加、geo2/tio2復合粒子加入量減少，降解效果逐漸減弱。以上結(jié)果說明，當geo2/tio2復合粒子加入量較多時，對降解tvoc氣體較為有利，加入量過大，對tvoc氣體只起到吸附作用，光催化作用較弱，該種樣品在tvoc氣體濃度較低的環(huán)境下具有良好的降解性能。當moo3-tio2復合光催化粒子加入量較大時，體系團聚，被包覆在大基團中的顆粒無法發(fā)揮自身催化作用，從而降低了整體的光催化效率。因此，geo2/tio2復合溶膠與moo3-tio2復合光催化粒子質(zhì)量比為1:1的改性二氧化鈦涂料占凈化涂料質(zhì)量分數(shù)為5.0％時，對tvoc氣體的降解能力較強，4h的降解率為83.62％，而此時，geo2/tio2復合粒子與moo3-tio2復合光催化粒子顆粒團聚現(xiàn)象不明顯，分散較均勻，吸附能力較強，改性二氧化鈦涂料中的兩種粒子能夠發(fā)揮其應有的最大作用。