一种可见光应答式纳米重组光触媒材料及制备方法与流程

本发明涉及材料领域，更具体的说是涉及一种可见光应答式纳米重组光触媒材料及制备方法。

背景技术：

目前，环境污染对人类的危害已成为日益严重的社会问题，如由工业排放、汽车尾气等原因导致的雾霾(pm2.5)，由室内装修导致的挥发性有机化合物(如甲醛、voc)超标、纺织品加工后的致癌物质超标、医院内的交叉感染、传染病的爆发(如变异型流感、埃博拉病毒)等。

随着人们环保意识的提高，人们迫切需要一种安全的生活空间，也迫切的需要一种不使用化学药品的、安全的环境净化产品。tio2光触媒在光的照射下，产生还原能力很强的电子和氧化能力极强的正电荷，可使有机物分子被分解，利用光催化技术，可分解溶解于水中的有机溶剂、农药、界面活性物质等环境污染物质和有效分解空气中的有害物质和各种恶臭源，同时可起到抗菌、抗病毒的作用。光催化技术利用光可反复循环使用，是一种备受瞩目的环境净化技术。

传统的光触媒必须在390nm波长以下的紫外线激发下才可产生光催化活性，为此其使用领域受到极大的限制。如室内紫外线光照强度较少，因此在室内环境污染治理方面几乎没有太大的效果。

此外因光触媒分解有机物的特点，使其在纺织纤维、塑料等制品上的使用受到极大限制，如光触媒分解有害物质的同时又分解了底材，导致底材被分解后光触媒脱落。

因此，提供一种可见光应答式纳米重组光触媒材料是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法，具体步骤如下：

s1:在疏水性有机溶剂中加入酒精，使用超声波搅拌机进行激烈搅拌,同时，加入含水二氧化钛粒子和醇盐金属，使二氧化钛表面产生水分解反应；随着水分的消耗，金属氧化物附着于二氧化钛粒子表面；

所述酒精和疏水性有机溶剂的对比添加量一般为5～10mol％；

s2:对有机溶剂中的重组生成物、未反应的二氧化钛粒子和未反应的醇盐金属及有机溶剂进行离心分离；

s3:重组后的微粒子经有机溶剂洗净离心分离后，将光触媒微粒子放入表面张力较小的溶剂中使其分散，放入真空干燥器中干燥4～8h；

s4:在45～65℃低温状态下，溶剂渐渐挥发后，再此进行高温真空干燥，干燥时间为4～8h，干燥温度为100～200℃；

s5:将干燥后的光触媒微粒子放入350～400℃的普通干燥箱内，加照365nm以上波长的紫外线光，使粒子表面的有机物分解后，再进行烧制处理；

s6:最后得到以无活性化物质表面覆盖的，多孔质的纳米重组二氧化钛微粒子。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：

使用水蒸气使纳米二氧化钛粒子表面吸附水分子，通过水温﹑水蒸汽压﹑和水分子吸附时间控制二氧化钛表面的给水量。二氧化钛表面的给水量决定了其表面修饰用耐高温无活性化纳米粒子的附着量，实际生产中可根据二氧化钛表面修饰用耐高温无活性化纳米粒子附着量对给水量进行控制。

二氧化钛表面的给水量为1m²(二氧化钛表面积)0.1～30mg，过多给水会导致二氧化钛表面修饰用耐高温无活性化纳米粒子附着量过多，失去光触媒的活性。

使用二氧化钛的结晶形态可是锐钛矿型﹑金红石型、板钛矿型、非结晶型和混合型，其中以锐钛矿型为最好。二氧化钛微粒子粒径10—25nm，经1000---1500℃煅烧而成。

进一步的，所述s1中的疏水性有机溶剂为碳氢化合物，包括但不限于苯﹑甲苯﹑二甲苯。

进一步的，所述s1中的酒精包括但不限于甲醇﹑乙醇﹑异丙醇﹑n---丙醇﹑n---丁醇中。

进一步的，所述s1中的醇盐金属为耐高温无活性化醇盐金属纳米粒子原材料，所述醇盐金属纳米粒子原材料经过高温烧制的铝﹑硅﹑锆﹑镁﹑钙、磷灰石金属氧化物。

进一步的，所述s1中的醇盐金属根据反应性可分为高反应性醇盐金属和低反应性醇盐金属。

进一步的，所述醇盐金属为高反应性醇盐金属，其使用量为二氧化钛的0.1～10％；

所述醇盐金属为低反应性醇盐金属，其使用量为二氧化钛的5～20％。

选择不同种类的醇盐金属对反应时间有进一步的影响，采用低反应性醇盐金属，反应时间为几小时到几十小时，采用高反应性醇盐金属，反应时间为数分钟至数小时。

进一步的，使用低反应性醇盐金属时，可加入胺类助剂参与反应，胺类物质包括但不限于异丙胺﹑乙基胺，使用量为0.005～0.05mol/l。

本发明可以在纺织纤维、塑料制品方面进一步应用。

一种复合式塑料膜，包括塑料膜本体，所述塑料膜本体包括可见光应答式纳米重组光触媒表面修饰层和聚乙烯层。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法。

本发明的纳米重组微粒子，可应用于纺织纤维、塑料制品上，由于二氧化钛表面由无机纳米粒子进行了修饰，接触纤维和塑料的是光触媒微粒子的表面修饰层，因此解决了纳米二氧化钛分解底材的难点。纳米二氧化钛经表面修饰后呈多空质状态，具有很强的吸附性，因此本发明的光触媒微粒子具有无光吸附、见光分解的特点。本发明光触媒微粒子在日光灯、led灯的光照下就可完全发挥光触媒的活性，解决了光触媒只有在紫外线激发下才能产生活性的难点。

纳米重组后的二氧化钛微粒子因其表面有无活性化的微粒子附着，生产出的光触媒其应用领域扩大，解决了光触媒分解底材的难题，除光触媒的分解性不受影响之外，并有很强的吸附性，可在可见光(550nm波长以下)条件下发挥功效。此外，表面重组粒子使用白金﹑铑﹑钯﹑银等金属时，触媒效果更加提高。

本发明还可广泛应用于聚乙烯﹑尼龙﹑聚氯乙烯树脂﹑聚酯﹑聚丙烯﹑氧化聚乙烯﹑硅胶﹑聚乙烯醇﹑乙烯缩醛树脂﹑abs树脂﹑环氧树脂﹑醋酸乙烯树脂﹑植物纤维﹑尿素树脂﹑氟素树脂等各种纤维及塑胶，并可混合使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法，具体步骤如下:

在石油醚120ml中加入乙醇硅24ml﹑异丙胺0.01mol/l和异丙醇10vol％混合溶解后，再加入单位表面积吸水量2mg﹑粒径20nm﹑比表面积65㎡/g的锐钛矿型二氧化钛3g，使用超声波分散后使用搅拌罐进行搅拌，在温度25℃条件下进行48小时反应。

反应生成物经石油醚洗净3次、甲醇洗净3次，常温干燥后，在发生罐中以450℃烧成，得到的生成物是以二氧化硅被覆的二氧化钛纳米重组微粒子。烧成的粉体在电子显微镜的观察下，显示为20nm的二氧化钛微粒子表面由多数2nm二氧化硅呈蜂窝状附着的微粒子物。与硅胶树脂混合成膜后，在390nm的光照下，对香烟气体的分解效果与同粒径二氧化钛膜几乎相同；在450nm的光照下，对香烟气体的分解效果是二氧化钛膜的2倍，成膜后的耐久性是同粒径二氧化钛膜的15倍。

实施例2

本实施例提供了一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法，具体步骤如下:

在石油醚120ml中加入乙醇磷石24ml﹑异丙胺0.01mol/1和异丙醇10vol％混合溶解后，再加入单位表面积吸水量2.5mg﹑粒径30nm﹑比表面积75㎡/g的锐钛矿型二氧化钛3g，使用超声波分散后，在温度25℃条件下进行48小时反应。

反应生成物经石油醚洗净3次、甲醇洗净3次，常温干燥后，在发生罐中以500℃烧成，得到的生成物是以纳米磷灰石被覆的二氧化钛纳米重组微粒子。烧成的粉体在电子显微镜的观察下，显示为30nm的二氧化钛微粒子表面由1nm磷灰石呈刺状附着的微粒子物。与硅胶树脂混合后制成的纺织品整理液对纤维进行光触媒处理，在390nm的光照下，在纤维上对有机物的分解效果与同粒径二氧化钛几乎相同，在450nm的光照下，对香烟气体的分解效果是二氧化钛膜的3倍，耐久性是同粒径二氧化钛的30倍。

实施例3

本实施例提供了一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法，具体步骤如下:

在甲苯100ml中加入乙醇硅4ml﹑异丙醇5vol/l混合后，再加入单位表面积吸水量2mg﹑粒径100nm﹑bet比表面积32㎡/g的锐钛矿型二氧化钛3g，使用超声波和发生罐300rpm分散及搅拌，加入由甲苯溶解的异丙醇铝液体20ml，温度在25℃条件下进行5小时反应后，生成物再经超声波分散处理后，使用甲苯和甲醇各洗3次，常温干燥后，在发生罐中以450℃烧成，得到的生成物是以铝粒子被覆的二氧化钛纳米重组微粒子。

烧成的粉体在电子显微镜的观察下，显示为100nm的二氧化钛微粒子表面由1nm铝粒子呈蜂窝状附着的微粒子物。与硅胶树脂混合成膜后，在390nm的光照下,对有机物的分解效果是同粒径二氧化钛的3倍，在450nm的光照下，对香烟气体的分解效果是二氧化钛膜的6倍，成膜后的耐久性是同粒径二氧化钛的5倍。

实施例4

本实施例提供了一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法，具体步骤如下:

在二甲苯150ml中加入丙醇锆30ml﹑n---乙基胺0.01mol/1和n---丙醇10vol％混合溶解后，再加入单位表面积吸水量2mg﹑粒径40nm﹑比表面积55㎡/g的70％锐钛矿型和30％金红石型二氧化钛混合体3g，使用超声波和发生罐使二氧化钛分散及搅拌，温度在25℃条件下进行48小时反应后，生成物经二甲苯和乙醇各洗3次，常温干燥后，在发生罐中以450℃烧成，得到的生成物是以锆粒子被覆的二氧化钛纳米重组微粒子。

烧成的粉体在电子显微镜的观察下，显示为40nm的二氧化钛微粒子表面由8nm锆粒子呈蜂窝状附着的微粒子物。与硅胶树脂混合成膜后，在550nm波长的光照下，对有机物的分解效果是同粒径二氧化钛的10倍，成膜后的耐久性是同粒径二氧化钛的10倍。

实施例5

本实施例提供了一种可见光应答式纳米重组光触媒材料的制备方法，具体步骤如下:

在苯150ml中加入乙醇镁15mg﹑n---乙基胺0.02mol/1和甲醇10vol％混合溶解后，再加入单位表面积吸水量3mg﹑粒径20nm﹑bet比表面积65㎡/g的锐钛矿型二氧化钛3g，使用超声波和发生罐300rpm分散及搅拌，加入由甲苯溶解的异丙醇铝液体20ml，温度在25℃条件下进行48小时反应后，生成物使用苯和甲醇各洗3次，常温干燥后，在发生罐中以450℃烧成，得到的生成物是以铝粒子被覆的二氧化钛纳米重组微粒子。

烧成的粉体在电子显微镜的观察下，显示为20nm的二氧化钛微粒子表面由1nm铝粒子呈蜂窝状附着的微粒子物。与硅胶树脂混合成膜后，在550nm波长的光照下，对有机物的分解效果是同粒径二氧化钛的7倍，成膜后的耐久性是同粒径二氧化钛的15倍。

由实施例1-5任一种制备得到的可见光应答式纳米重组光触媒材料制备光触媒纺织纤维。

实施例6

本实施例提供了一种光触媒纺织纤维，包括光触媒纺织纤维本体，光触媒纺织纤维本体包括可见光应答式纳米重组光触媒。

由实施例1-5任一种制备得到的可见光应答式纳米重组光触媒材料，与硅胶树脂溶胶按比例混合后制备得到可见光应答式纳米重组纺织品光触媒原液，使用前根据纺织品的上液率稀释20～40倍使用。

纺织品经可见光应答式纳米重组纺织品光触媒稀释液后整理，后整理包括浸泡、滚压和烘干处理，加工后的纺织品在电子显微镜的观察下，显示为20～40nm的光触媒微粒子与纺织纤维牢固结合，每个光触媒微粒子的的间距为100～150nm。

为了进一步实现本发明的技术效果，还可以为以下实施例。

其结构如图1所示：

一种复合式塑料膜，包括塑料膜本体，塑料膜本体包括可见光应答式纳米重组光触媒表面修饰层1、聚乙烯层2、防水层6，防水层6为高密度聚乙烯层，遮光层5，遮光层5为遮光胶本体层和在其上表面附有的pet膜层构成，耐抗层7，耐抗层7为尼龙薄膜，抗菌热封层3，抗菌热封层3为采用聚烯烃类树脂和抗菌剂构成的，还包括隔热保温层4，隔热保温层4为发泡纳米隔热保温层。

塑料膜本体的各层膜由上至下的排列方式为可见光应答式纳米重组光触媒表面修饰层1、聚乙烯层2、抗菌热封层3、隔热保温层4、遮光层5、防水层6和耐抗层7。

其中，可见光应答式纳米重组光触媒表面修饰层中纳米重组二氧化钛微粒子粒径10—25nm。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。