一種納米光觸媒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，它設(shè)及一種納米光觸媒及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如今，建筑行業(yè)快速發(fā)展，促進(jìn)了建材的消耗，但新裝修的住宅、商用樓W及剛出 廠的汽車等，裝修材料、室內(nèi)墻面、家具、窗簾、辦公桌和車飾等均會(huì)帶來(lái)甲醒、苯系物或 TVPC等化學(xué)污染，對(duì)人體呼吸系統(tǒng)、造血系統(tǒng)W及免疫系統(tǒng)等造成不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重傷害。另 一方面，由于環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，汽車尾氣、PM2.5微粒物等都會(huì)對(duì)人體內(nèi)臟造成嚴(yán)重危害， 因此，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注室內(nèi)外的空氣質(zhì)量。光觸媒是一種納米級(jí)的金屬氧化物材料，是目前 國(guó)際上最安全和最潔凈的環(huán)境凈化材料，主要由Ti化、ZnOW及Si化等材料作為觸媒，涂布或 噴射于基材表面，干燥后形成薄膜，在紫外光的催化作用下，產(chǎn)生強(qiáng)烈的催化降解作用，可 有效地降解所接觸基材上的有毒有害氣體，還可W達(dá)到99.99%殺菌效果，同時(shí)，還具有除 臭和抗污等功能。
[0003] 光觸媒在波長(zhǎng)小于388nm的紫外光作用下，激發(fā)物質(zhì)表面電子，連續(xù)發(fā)生能級(jí)躍 遷，使得電子飛出，形成具有超強(qiáng)氧化能力的空穴和具有超強(qiáng)還原能力的電子。而空穴/電 子對(duì)與表面和空氣中的水發(fā)生反應(yīng)后，產(chǎn)生活性氧[0巧日氨氧自由基陽(yáng)0]等活性物質(zhì)。反應(yīng) 過(guò)程如下： Ti〇2+光能化V)一電子(e-)+正穴化+); 正穴化+) +水分子化2〇) ^〇H+H+; 電子(0+氧他活性氧他^)。
[0004] 申請(qǐng)公布號(hào)為CN103752298A、申請(qǐng)公布日為2014年4月30日的中國(guó)專利公開(kāi)了一 種納米級(jí)光觸媒及其制備方法，包括二氧化鐵、分散劑、穩(wěn)定劑、無(wú)機(jī)膠、表面活性劑和去離 子水;其制備方法包括如下步驟:a)將破碎和研磨后的二氧化鐵、分散劑、無(wú)機(jī)膠和表面活 性劑充分混合;b)用納米液體制備裝置將混合液粉碎至納米級(jí)造粒后進(jìn)行般燒;C )對(duì)般燒 后的顆粒進(jìn)行二次破碎和研磨后，制取納米級(jí)分散液;d)最后加入穩(wěn)定劑形成納米級(jí)光觸 媒。
[0005] 對(duì)比文件中，通過(guò)物理手段將二氧化鐵進(jìn)行研磨破碎，使其達(dá)到納米級(jí)別，然而， 通過(guò)該法所獲得的納米二氧化鐵，其粒徑較大，導(dǎo)致其比表面積較小。二氧化鐵在紫外光的 催化下，通過(guò)其表面對(duì)其粘附的有害物質(zhì)進(jìn)行凈化，因此，當(dāng)使用同樣的用量，二氧化鐵粒 徑較大的光觸媒的凈化效果較弱；而光觸媒只有在與基材直接接觸時(shí)，才可與微生物顆粒 W及有害氣體產(chǎn)生氧化分解作用，而粒徑較大的納米二氧化鐵，在噴涂于基材上時(shí)，與無(wú)機(jī) 膠接觸的面積較小，從而無(wú)法牢固地粘附在基材上，從而導(dǎo)致光觸媒對(duì)基材的凈化效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的一在于提供一種納米光觸媒，增加了納 米光觸媒的比表面積，具有高效凈化有害物的作用。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的一，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案： 一種納米光觸媒，包括下列重量份數(shù)的組分： 納米二氧化鐵30-35份； 納米微晶纖維素膠體(納米微晶纖維素為2-3.5wt/%)5-10份； 膠粘劑2-6份； 鐵酸醋硅烷偶聯(lián)劑1-3份； 陰離子表面活性劑1-3份； 分散劑5-10份； 去離子水80-85份； 所述納米二氧化鐵為多孔銳鐵礦型納米二氧化鐵，所述納米二氧化鐵的粒徑為3-5nm， 所述納米微晶纖維素膠體中納米微晶纖維素呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0008] 本申請(qǐng)中所采用的多孔銳鐵礦型納米二氧化鐵的粒徑小，在3-5nm的范圍內(nèi)，增大 了其比表面積，與比表面積小的納米二氧化鐵相比較而言，通過(guò)膠粘劑等的連接，等量的本 申請(qǐng)中采用的多孔銳鐵礦型納米二氧化鐵，其與基材的直接接觸面積更大;且其具有多孔 結(jié)構(gòu)，與基材直接接觸的面積增大，從而增加了對(duì)基材上的有害物質(zhì)凈化的有效面積，使得 凈化效果更好。
[0009] 同時(shí)，本申請(qǐng)中采用的納米微晶纖維素膠體為自制，呈均一穩(wěn)定狀態(tài)，納米微晶纖 維素在SEM中觀察呈Ξ維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)大的吸附功能可將納米二氧化鐵吸附至其表面， 當(dāng)本申請(qǐng)涂覆至基材上時(shí)，納米二氧化鐵會(huì)與基材直接接觸，此外，在納米微晶纖維素與分 布于基材外部時(shí)，也會(huì)將大量納米二氧化鐵與基材接觸，從而增加了納米二氧化鐵與基材 的直接接觸面積;納米微晶纖維素的表面帶有大量徑基，極易吸附水分，當(dāng)本申請(qǐng)涂覆于基 材表面，干燥后，納米微晶纖維素帶有的大量徑基會(huì)吸附空氣中的水分，再將水分提供給與 徑基相接觸的被吸附于納米微晶纖維素上的納米二氧化鐵，為其凈化作用提供水分，從而 促使其進(jìn)行凈化作用；納米微晶纖維素表面帶負(fù)電荷，與陰離子表面活性劑所帶的電荷相 同，且納米微晶纖維素表面還攜帶有納米二氧化鐵，使得納米微晶纖維素和納米二氧化鐵 在水相體系中保持分散平衡，使得形成的乳液狀混合物可保持穩(wěn)定均一的分散狀態(tài)。
[0010] 另一方面，鐵酸醋硅烷偶聯(lián)劑柔軟的長(zhǎng)碳鍵燒控基，會(huì)與膠粘劑和呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 納米微晶纖維素發(fā)生纏繞，使膠粘劑與納米微晶纖維素之間的膠粘作用更好，從而納米微 晶纖維素與基材之間的結(jié)合作用更好;且納米二氧化鐵與納米微晶纖維素之間受到鐵酸醋 硅烷偶聯(lián)劑長(zhǎng)鏈的纏繞作用，使得納米二氧化鐵與納米微晶纖維素之間的結(jié)合作用更加 好。因此，當(dāng)本申請(qǐng)涂覆于基材上時(shí)，在鐵酸醋硅烷偶聯(lián)劑與膠粘劑的共同作用下形成膜 狀，增強(qiáng)了納米二氧化鐵和納米微晶纖維素對(duì)基材的粘合效果。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選為:所述納米微晶纖維素的直徑為6-lOnm且長(zhǎng)度為100-200nm。
[0012] 從顆粒大小比較，納米微晶纖維素的直徑為6-lOnm，大于納米二氧化鐵的粒徑(粒 徑為3-5nm)，納米二氧化鐵通過(guò)徑基與納米微晶纖維素親和，排列在其外表面。且納米微晶 纖維素為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可攜帶二氧化鐵的總表面積較大，當(dāng)本申請(qǐng)涂覆于基材表面時(shí)，增加二 氧化鐵與基材直接接觸的面積，因此，能明顯提高其凈化空氣的能力。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選為:所述膠粘劑優(yōu)選為環(huán)氧樹(shù)脂。
[0014] 本申請(qǐng)中，采用的膠粘劑選擇為環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂上帶有伸徑基W及環(huán)氧基，徑 基為親水基團(tuán)，易于納米微晶纖維素結(jié)合，而環(huán)氧基與伸徑基同為極性基團(tuán)，與基材可產(chǎn)生 良好的附著力。同時(shí)，納米微晶纖維素上帶有大量的親水基團(tuán)，而環(huán)氧樹(shù)脂中帶有疏水基 團(tuán)，兩者結(jié)合之后，使樹(shù)脂類的膠粘劑具有疏水性的同時(shí)還具有一定的水溶性。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選為:所述陰離子表面活性劑優(yōu)選為十二烷基硫酸鋼。
[0016] 由于在納米微晶纖維素膠體中，納米微晶纖維素表面帶有負(fù)電荷，本申請(qǐng)中采用 陰離子表面活性劑，在液態(tài)中游離處負(fù)電荷，使整個(gè)體系保持穩(wěn)定，不易產(chǎn)生絮狀沉淀，也 不易出現(xiàn)分層的現(xiàn)象。
[0017] 本申請(qǐng)采用陰離子表面活性劑，其能分散納米微晶纖維素;而采用十二烷基硫酸 鋼還能與納米微晶纖維素帶有的負(fù)電荷互相兼容，使整個(gè)體系保持均一穩(wěn)定，不出現(xiàn)絮狀 沉淀或分層的現(xiàn)象。
[001引進(jìn)一步優(yōu)選為:所述分散劑優(yōu)選為聚乙二醇200。
[0019] 本申請(qǐng)采用分散劑，可分散納米二氧化鐵;而采用聚乙二醇200還能與水相、納米 微晶纖維素和納米二氧化鐵相互親和，從而可促使納米微晶纖維素和納米二氧化鐵相互親 和并均勻分散于水相中。且在本申請(qǐng)?jiān)谕扛不暮?，聚乙二?00中所含的大量醇徑基會(huì)延 伸至空氣中，與空氣中的水分親和，為納米二氧化鐵凈化有害物質(zhì)過(guò)程提供所需的水分。
[0020] 進(jìn)一步優(yōu)選為:還包括成核劑，所述成核劑優(yōu)選為松香酸鹽，所述松香酸鹽的重量 份數(shù)為0.1-0.3份。
[0021] 本申請(qǐng)中采用成核劑，可使納米二氧化鐵W及納米微晶纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生修 飾。由于納米微晶纖維素通過(guò)化學(xué)降解法制備獲得，其表面可能存在不規(guī)則且不平滑的情 況，且納米二氧化鐵表面也并非完全呈光滑，當(dāng)可見(jiàn)光照射時(shí)，在兩相界面發(fā)生雙折射，不 能直接透過(guò)，從而使得納米微晶纖維素膠體呈現(xiàn)略微乳白色，而不是透明狀。而采用松香酸 鹽可在水相中形成良好的分散效果，對(duì)分散在水相中的納米微晶纖維素 W及納米二氧化鐵 表面不平整處進(jìn)行均勻的修整，增加納米二氧化鐵與其接觸的緊密程度;且使納米微晶纖 維素和納米二氧化鐵表面變得光滑，可見(jiàn)光可直接穿透，從而使膠體呈現(xiàn)透明狀態(tài)，本申請(qǐng) 涂覆于基材表面時(shí)，不影響其原本的色澤，從而保持了原有的美觀。
[0022] 進(jìn)一步優(yōu)選為:還包括吊蘭提取液和蘆苔提取液，所述吊蘭提取液為3-5份，所述 蘆苔提取液為1-3份。
[0023] 本申請(qǐng)采用吊蘭和蘆苔提取液，可與納米二氧化鐵和納米微晶纖維素相互親和， 并包覆于兩者外表面，對(duì)空氣中的有害氣體進(jìn)行吸收并凈化，與納米二氧化鐵的凈化產(chǎn)生 協(xié)同作用，從而有效提高了對(duì)有害物質(zhì)的凈化效率。
[0024] 本發(fā)明的目的二在于提供一種納米光觸媒的制備方法。
[0025] 本發(fā)