CN113683910A - 一种具有高效光催化功能的光催化涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高效光催化功能的光催化涂料，涉及光催化剂技术领域，包括：锐钛矿和金红石混晶反应生成的光催化二氧化钛，25‑65％；稀土长效夜光粉，5‑10％；铜盐，1‑5％；漆基，1‑8％；颜料10‑20％、防泡剂1‑5％和杀菌剂1‑3％。本发明还提供一种具有高效光催化功能的光催化涂料的制备方法，本发明的具有高效光催化功能的光催化涂料提高了光催化效率。

Description

一种具有高效光催化功能的光催化涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种具有高效光催化功能的光催化涂料。

背景技术

目前，厨具业的日益发展，油烟机使用频率不断增加，部分企业产品排放含有大量污染物的烟气，烟气中一般含有CO、SO₂、挥发性有机化合物(VOC)和NOx等中的一种或多种，会导致空气中弥漫难闻的气味，会对环境造成危害，因此需找一种可以高效降解或吸附污染气体的材料已成为社会各界的共识。现有技术中一般通过二氧化钛对污染气体进行降解或吸附，即在紫外(UV)和近UV辐射的作用下电子从价带跃迁到导带，使得半导体材料二氧化钛具有光催化性能，从而降解在空气中的NOx和挥发性有机化合物(VOC)。鉴于这些性能，现有技术中一般通过在涂料等中使用光催化二氧化钛以从空气中除去污染物。公开的申请号为201410781164.2，名称为一种发光光催化涂料及其制备方法的专利，通过加入稀土长效夜光粉来提高涂料的光催化效率，并没有考虑到空穴电荷和光生电子会发生复合，从而影响光催化效率。

二氧化钛禁带宽度是3.12eV，只能吸收波长小于387nm的紫外光区域，这使得太阳光能量的利用率只有4％左右，导致光转化效率低，光催化效率低，进而导致处理污染气体的效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有高效光催化功能的光催化涂料，旨在解决现有的光催化涂料的光催化效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种具有高效光催化功能的光催化涂料，锐钛矿和金红石混晶反应生成的光催化二氧化钛，25-65％；

稀土长效夜光粉，5-10％；

铜盐，1-5％；

漆基，1-8％；

颜料10-20％、防泡剂1-5％和杀菌剂1-3％。

优选的，所述锐钛矿与由锐钛矿生成的金红石的体积比为9.5-9.0:0.5-1.0。

优选的，所述光催化二氧化钛的晶粒尺寸约为5nm-20nm，且所述光催化二氧化钛在可见光存在下具有光催化活性。

优选的，所述颜料包括非光催化二氧化钛和碳酸钙。

优选的，所述颜料中总的颜料体积浓度在70％至75％之间。

优选的，所述漆基包括甲基丙烯酸甲酯和丙乙烯。

为了得到所述具有高效光催化功能的光催化涂料，现提供一种所述具有高效光催化功能的光催化涂料的制备方法，包括以下步骤：

将锐钛矿和金红石混合均匀，在500摄氏度的条件下加热2个小时，得到光催化二氧化钛，所述光催化二氧化钛的含量为25-65％；

在所述光催化二氧化钛中加入稀土长效夜光粉、铜盐、漆基、颜料、防泡剂和杀菌剂，所述稀土长效夜光粉的含量为5-10％，所述铜盐的含量为1-5％，所述漆基的含量为1-8％，所述颜料的含量为10-20％，所述防泡剂的含量为1-5％，所述杀菌剂的含量为1-3％。

本发明的有益效果：稀土长效夜光粉在日光或灯光等光源的照射下吸收光,将吸收的光能转化后储存在晶格中,在暗处又可将能量转化为光能而发光，提高涂料的光催化效率。另外，光催化二氧化钛属于半导体晶格，且不同程度地存在着缺陷，加入铜盐后，由于铜离子是电子良好的接受体，因此可以捕获光生电子，由于铜离子对光生电子的争夺，减少了光催化二氧化钛中光生电子和空穴复合的概率，从而可提高光催化效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明：

以下为本发明的第一个实施例，在本实施例中，具有高效光催化功能的光催化涂料包括以下组分：由锐钛矿和金红石混晶反应生成的光催化二氧化钛，25-65％；稀土长效夜光粉，5-10％；铜盐，1-5％；漆基，1-8％；颜料10-20％、防泡剂1-5％和杀菌剂1-3％。光催化二氧化钛指的是在可见光存在的情况下具有光催化活性的二氧化钛，光催化二氧化钛在整个具有高效光催化功能的光催化涂料中的占比为25-65％。上述百分比数据分别代表各个组分呈固态时在本发明具有高效光催化功能的光催化涂料中的体积占比。

二氧化钛有三种晶型，锐钛矿型、金红石型和板钛型。具有光催化功能的为锐钛矿型和金红石型。锐钛矿和金红石的混晶具有更好的活性，因此，在本实施例中具有高效光催化功能的光催化涂料包括的组分为锐钛矿和金红石。

由于金红石与锐钛矿之间晶体结构不同，可以有效促进锐钛矿晶体中的光生电子和空穴电荷分离，即发生混晶效应，在紫外(UV)和近UV辐射的作用下电子从价带跃迁到导带，使得半导体材料二氧化钛具有光催化性能，产生的反应性的光生电子-空穴电荷对迁移到二氧化钛颗粒的表面，在二氧化钛颗粒的表面空穴电荷氧化所吸附的水而产生反应性的羟基自由基，而光生电子还原所吸附的氧而产生超氧自由基，所述两者都能够能降解在空气中的NOx和挥发性有机化合物(VOC)，由于发生混晶效应，因此会得到更多的空穴电荷和光生电子，光生电子本身具有较强的还原性，可将光催化二氧化钛表面的O₂还原为超氧自由基，空穴电荷氧化所吸附的水而产生反应性的羟基自由基，利用更多的超氧自由基和更多的羟基自由基可高效地完成对空气中的NOx和挥发性有机化合物(VOC)的光催化降解，提高了光催化效率。

油烟机排放的油烟气体中一般含有CO和NOx等有害气体，不仅污染环境，还会对人类健康造成损害，由于发生混晶效应的发生，得到了更多的光生电子，因此可提高对有害气体的降解效率。同样地，在紫外灯照射下，也可对室内的乙醛和甲醛进行更为有效的降解。术语“NOx”是指统称的或单独的物种NO(一氧化氮)和NO₂(二氧化氮)。

长效稀土夜光粉具有短时间吸收光，再将吸收的光能转化后储存在晶格中,在暗处又可将能量转化为光能而发光的能力，因此可增加光催化的时间。稀土夜光粉又名长余辉稀土蓄光发光材料，主要有铝酸盐系列和硅酸盐系列两种。稀土夜光粉在受到太阳光、荧光灯及其它人工光源，可吸收储存能量，并将吸收的能量转化为可见光，例如，稀土夜光粉在紫外线激发时可吸收储存能量，并将吸收的能量转化为可见光，在激发停止后可继续发光，从而继续激发二氧化钛发生光催化反应，从而继续降解油烟机排放的油烟气体中的CO和NOx等有害气体。本实施例中包含的稀土长效夜光粉，在节约电量的同时还有效提高了光催化二氧化钛的光催化效率。

光催化二氧化钛属于半导体晶格，且不同程度地存在着晶格缺陷，加入铜盐后，由于铜盐中的铜离子是光生电子良好的接受体，因此可以捕获光生电子，由于铜离子对光生电子的争夺，减少了光催化二氧化钛中光生电子和空穴电荷的复合概率，因此可提高光催化效率。此处的铜盐可以是氯化铜或者是硝酸铜。

以下为本发明的第二个实施例，在本实施例中，锐钛矿与由锐钛矿生成的金红石的体积比为9.5-9.0:0.5-1.0，由于主要起起光催化作用的是锐钛矿，因此，在本实施例中，锐钛矿的体积要大于金红石的体积，此处的体积指的是锐钛矿和金红石在呈固态时的体积。

以下为本发明的第三个实施例，在本实施例中，光催化二氧化钛的晶粒尺寸约为5nm-20nm，在利用术语“约”来修饰粒度时，应理解为包括比所指出的值稍微更大一点或更小一点的粒度，因为测量存在固有的实验误差且在测量晶粒尺寸的不同方法之间存在变动性，这对本领域技术人员而言是显而易见的。直径可通过例如透射电镜(TEM)以及XRD来测量。

光催化二氧化钛在可见光存在下具有光催化活性，随着晶粒尺寸减小，光吸收边界会蓝移，光催化效率也会更高，本实施例中，光催化二氧化钛的晶粒尺寸约为5nm-20nm。

以下为本发明的第四个实施例，在本实施例中，颜料包括但不限于非光催化二氧化钛和碳酸钙。所包括的是能够为涂料提供遮盖力的任何颗粒状有机化合物或无机化合物。

以下为本发明的第五个实施例，在本实施例中，颜料中的总的颜料体积浓度在70％至75％之间。颜料体积浓度(PVC)是指涂料中着色颜料和体质颜料的体积与配方中所有不挥发分(包括乳液固体分，着色颜料和体质颜料)的总体积之比。体质颜料可以包括钡、钙、镁、或铝的盐类，硅或铝的氧化物，或从前两类物质衍生的错合双盐类，着色颜料可以包括钛白粉、锌钡白PW-5、铅铬黄PY-34、喹吖啶酮PR-207、氧化铁红PR-101、酞菁蓝PB-15等。

以下为本发明的第六个实施例，在本实施例中，漆基包括甲基丙烯酸甲酯和丙乙烯，漆基可在基材表面形成粘附的膜。如果需要，还可以向本发明的组合物中添加各种其它化合物，但优选添加不会损害所得涂料的保存期和光活性的化合物。例如，石英、方解石、粘土、滑石和/或Na-Al-硅酸盐等化合物中的一种或多种，本实施例中的“多种”指的是两种或两种以上。

以下为本发明的第七个实施例，在本实施例中，将锐钛矿和金红石混合均匀，在500摄氏度的条件下加热2个小时，得到光催化二氧化钛，光催化二氧化钛的含量为25-65％；在光催化二氧化钛中加入稀土长效夜光粉、铜盐、漆基、颜料、防泡剂和杀菌剂，稀土长效夜光粉的含量为5-10％，铜盐的含量为1-5％，漆基的含量为1-8％，颜料的含量为10-20％，防泡剂的含量为1-5％，杀菌剂的含量为1-3％，最终得到具有高效光催化功能的光催化涂料，本实施例中的“含量”指的是各个组分在最终得到的具有高效光催化功能的光催化涂料中所占的比例。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，本领域的相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种具有高效光催化功能的光催化涂料，其特征在于，所述具有高效光催化功能的光催化涂料包括：

锐钛矿和金红石混晶反应生成的光催化二氧化钛，25-65％；

稀土长效夜光粉，5-10％；

铜盐，1-5％；

漆基，1-8％；

颜料10-20％、防泡剂1-5％和杀菌剂1-3％。

2.根据权利要求1的具有高效光催化功能的光催化涂料，所述锐钛矿与所述金红石之间的体积比为9.5-9.0:0.5-1.0。

3.根据权利要求1所述的具有高效光催化功能的光催化涂料，所述光催化二氧化钛的晶粒尺寸约为5nm-20nm，且所述光催化二氧化钛在可见光存在下具有光催化活性。

4.根据权利要求1所述的具有高效光催化功能的光催化涂料，其特征在于，所述颜料包括非光催化二氧化钛和碳酸钙。

5.根据权利要求1所述的具有高效光催化功能的光催化涂料，其特征在于，所述颜料中总的颜料体积浓度在70％至75％之间。

6.根据权利要求1所述的具有高效光催化功能的光催化涂料，其特征在于，所述漆基包括甲基丙烯酸甲酯和丙乙烯。

7.一种具有高效光催化功能的光催化涂料的制备方法，包括以下步骤：

将锐钛矿和金红石混合均匀，在500摄氏度的条件下加热2个小时，得到光催化二氧化钛，所述光催化二氧化钛的含量为25-65％；

在所述光催化二氧化钛中加入稀土长效夜光粉、铜盐、漆基、颜料、防泡剂和杀菌剂，所述稀土长效夜光粉的含量为5-10％，所述铜盐的含量为1-5％，所述漆基的含量为1-8％，所述颜料的含量为10-20％，所述防泡剂的含量为1-5％，所述杀菌剂的含量为1-3％。