CN115029028A - 一种新型光催化防污剂的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋防污涂料研制和开发技术领域，提供了一种新型光催化防污剂的应用。本发明使用g‑C3N4光催化剂作为防污剂，按比例添加到涂料中，搅拌均匀，制成涂料的防污效果明显提高。本发明使用的原材料廉价易得，制备方式简单，易于控制，设备要求低。g‑C3N4光催化剂在防污过程中防污效果优异且不会释放重金属，本发明符合绿色环保理念，对环境友好。

Description

一种新型光催化防污剂的应用
技术领域
本发明属于海洋防污涂料研制和开发技术领域，涉及一种新型光催化防污剂的应用，特别涉及到采用具有光催化性的改性氮化碳作为防污添加剂的使用，可扩展至其他具有可见光光催化性能的纳米光催化剂。
背景技术
蓝色的海洋拥有丰富的资源，“进军海洋”已成为我国未来的发展战略。当下，海洋运输已为人类社会经济发展做出了重要贡献，但海洋生物污损对船舶和其他海洋工程的不利影响日益明显。船舶运输中的船体表面结垢增加了摩擦阻力，导致燃料效率低下。有证据表明，污垢增加了30-40％的燃料成本，每年全球经济损失约为100亿美元。为减少海洋生物污损的危害，在船体表面涂覆防污涂料可以有效阻止海洋污损生物的生长。
在防污涂料研制初期，曾使用三丁基锡(TBT)作为防污添加剂，但因其具有很强的生物毒性而被禁用。目前商业上使用的防污涂料大多以氧化亚铜为防污剂，虽然生态毒性不强，但因铜作为重金属仍可在生物体内富集，造成细胞畸变等危害。研究无铜无锡的生态友好型防污涂料符合生态中国的理念，对保护海洋生态多样性具有重要意义。
改性氮化碳光催化剂作为一种具有强氧化性且无污染的半导体材料，表现出优异的杀菌性能。Li等(Li Y,Zhang C,ShuaiD,et al.Water Research,2016,106,249-258)使用MS2噬菌体为实验对象，研究了聚合石墨氮化碳(g-C3N4)在可见光光照条件下对病毒的灭火能力，实验表明在g-C3N4的浓度为150mgL-1时，可见光照射6h后初始浓度为1×108PFUmL-1的MS2被完全灭活，且具有良好的稳定性。Wang等(Teng Z,Yang N,Lv H,et al.Chem,2019,5,664-680)对g-C3N4进行改性后，在可见光下照射0.5h对大肠杆菌的灭菌效果甚至可以达到99.9999％。综上，g-C3N4光催化剂表现出优异的杀菌效果。目前，尚无g-C3N4作为防污涂料中防污添加剂的报道。
综上，本发明通过向实验室配制的水性环氧树脂或商业防污涂料中加入g-C3N4光催化剂，涂料表现出增强的防污性能，在船体及其他海洋装备的防污效果中具有较好的应用前景，对于满足海洋环境中船舶高防污效果和高可靠性要求具有重要的经济价值和战略意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是向涂料中加入g-C3N4光催化剂以达到增强的防污效果，所用原材料廉价易得，制备方法简单，易于控制，设备要求低，且制备出的防污涂料环境友好。
本发明的技术方案：
一种新型光催化防污剂的应用，将改性氮化碳作为新型光催化防污剂的应用，利用改性氮化碳在光照下产生羟基自由基等活氧氧物种，其对各类微生物具有很强的氧化或灭活效果，从而达到增强涂料防污性能的效果。
添加有光催化防污剂的涂料的制备方法，步骤如下：
1)g-C3N4光催化剂的制备：以尿素或三聚氰胺为前驱体，以2℃/min的升温速率在550℃下煅烧4h，使用研钵研磨成粉，以2℃/min的升温速率在500℃下二次煅烧2h，粉末产物即为g-C3N4光催化剂。
2)防污涂料的制备：步骤1)中得到的g-C3N4粉末按比例添加到水性环氧树脂或商业防污涂料中，搅拌均匀，其中水性环氧树脂的配方如下：水、水性环氧树脂、消泡剂、分散剂质量比为34：18：0.1：0.1。
进一步，新型光催化防污剂的添加量占涂料质量分数的0.2％至3％。
所述的改性氮化碳由碳掺杂氧化钛或氮掺杂氧化钛替换。
本发明的有益效果：本发明提出g-C3N4光催化剂作为一种新型防污添加剂的应用，g-C3N4光催化剂作为防污添加剂，与传统防污添加剂相比，不含铜、锡等重金属元素，对环境更加友好。
附图说明
图1是g-C3N4的X射线衍射图，横坐标是两倍衍射角(2θ)，纵坐标是衍射峰强度(a.u.)。
图2a是三聚氰胺煅烧制备的g-C3N4光催化剂的扫描电镜图；图2b是尿素煅烧制备的g-C3N4的扫描电镜图。
图3是三聚氰胺、尿素合成的g-C3N4作为防污添加剂(添加量为0.6％)混合水性环氧树脂及其他添加剂制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下对大肠杆菌的灭活能力。
图4是三聚氰胺、尿素合成的g-C3N4作为防污添加剂(添加量为0.6％)混合防污涂料制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下对大肠杆菌的灭活能力。
图5是三聚氰胺、尿素合成的g-C3N4作为防污添加剂(添加量为3％)混合水性环氧树脂及其他添加剂制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下对大肠杆菌的灭活能力。
图6是三聚氰胺、尿素合成的g-C3N4作为防污添加剂(添加量为0.2％)混合水性环氧树脂及其他添加剂制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下对大肠杆菌的灭活能力。
具体实施方法
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方法。
实施例1
首先制备g-C3N4粉末，以尿素或三聚氰胺为前驱体，称量25g前驱体置于坩埚中，坩埚用锡纸封口，将坩埚放在马弗炉中以2℃/min的升温速率在550℃下煅烧4h，使用研钵研磨成粉，以2℃/min的升温速率在500℃下二次煅烧2h，粉末产物即为g-C3N4光催化剂。
称量g-C3N4粉末0.3g，量取纯水34mL，混合均匀，得到分散g-C3N4的水溶液。
称量水性环氧树脂18g，分散剂0.1g，消泡剂0.1g，与分散g-C3N4的水溶液混合均匀，即形成光催化防污涂料。
防污性能模拟测试中，以尿素或三聚氰胺为前驱体制备的g-C3N4为防污添加剂(添加量为0.6％)制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下4小时对大肠杆菌灭活效果均超过99.9％。
实施例2
称量g-C3N4粉末0.3g，量取防污涂料50g，混合均匀，即形成光催化防污涂料。
防污性能模拟测试中，以尿素或三聚氰胺为前驱体制备的g-C3N4为防污添加剂(添加量为0.6％)制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下4小时对大肠杆菌灭活效果均超过99％。
实施例3
按照实施例1本发明中的防污涂料制备过程中g-C3N4粉末的质量增加到1.5g，原料用量及其他实验步骤保持不变，制得g-C3N4光催化剂防污涂料。
防污性能模拟测试中，以尿素或三聚氰胺为前驱体制备的g-C3N4为防污添加剂(添加量为3％)制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下4小时对大肠杆菌灭活效果均超过99％。
实施例4
按照实施例1本发明中的防污涂料制备过程中g-C3N4粉末的质量减少到0.1g，原料用量及其他实验步骤保持不变，制得g-C3N4光催化剂防污涂料。
防污性能模拟测试中，以尿素或三聚氰胺为前驱体制备的g-C3N4为防污添加剂(添加量为3％)制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下4小时对大肠杆菌灭活效果均超过99％。
实施例5
按照实施例2本发明中的防污涂料制备过程中g-C3N4粉末的质量增加到1.5g，原料用量及其他实验步骤保持不变，制得g-C3N4光催化剂防污涂料。
实施例6
按照实施例2本发明中的防污涂料制备过程中g-C3N4粉末的质量减少到0.1g，原料用量及其他实验步骤保持不变，制得g-C3N4光催化剂防污涂料。
实施例7
按照实施例1-例6中，g-C3N4光催化剂换为氮掺杂TiO2，原料用量及其他实验步骤保持不变，制得氮掺杂TiO2光催化剂防污涂料。
防污性能模拟测试中，氮掺杂TiO2为防污添加剂(添加量为0.6％)制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下4小时对大肠杆菌灭活效果均超过99％。
实施例8
按照实施例1-例6中，g-C3N4光催化剂换为碳掺杂TiO2，原料用量及其他实验步骤保持不变，制得碳掺杂TiO2光催化剂防污涂料。
防污性能模拟测试中，碳掺杂TiO2为防污添加剂(添加量为0.6％)制得的光催化防污涂料在模拟太阳光照射下4小时对大肠杆菌灭活效果均超过95％。

Claims (4)

1.一种新型光催化防污剂的应用，将改性氮化碳作为新型光催化防污剂的应用，利用改性氮化碳在光照下的杀菌性能用于增强涂料的防污效果。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的改性氮化碳由碳掺杂氧化钛或氮掺杂氧化钛替换。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，新型光催化防污剂的添加量占涂料质量分数的0.2％至3％。
4.根据权利要求1-3任一所述的应用，其特征在于，所述的涂料为水性环氧树脂或商业防污涂料。
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