專利名稱：納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒及其覆膜工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光觸媒(光催化劑)，尤其是一種納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒，同時本發(fā)明還涉及其應(yīng)用時的覆膜工藝方法。
背景技術(shù)：
目前，室內(nèi)環(huán)境污染已給人類、尤其是少年兒童帶來極大災(zāi)難。除了眾所周知的細菌、病毒和裝修導(dǎo)致的甲醛、苯等有機揮發(fā)物污染之外，甚至床單、床罩、服飾等人們?nèi)粘Ｉ畋匦杵芬惨蚣兹┏瑯藝乐?，而成為可怕的污染源。例如，?jù)國家質(zhì)檢總局的抽查結(jié)果表明，床上用品的抽樣合格率只有45.6％，一些床上用品“暗藏”甲醛(個別產(chǎn)品甲醛超標近50倍)，正在成為人們的健康殺手。
光觸媒[Photocatalyst]是光[Photo＝Light]+觸媒(催化劑)[catalyst]的合成詞?，F(xiàn)有技術(shù)中的光觸媒主要成份為二氧化鈦(TiO2)，其作用機理為，二氧化鈦在吸收太陽光中的紫外線后，表面電子在紫外線能量的激發(fā)下被激勵而飛出，產(chǎn)生具有超強氧化能力的正穴，同時飛出的電子具有超強還原能力，與空氣中的水氣反應(yīng)后產(chǎn)生具有極強氧化作用的活性氧和氫氧自由基，從而將有害有機物、污染物、臭氣、細菌等氧化分解成無污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，因而具有極強的殺菌、除臭、防霉、防污自潔、凈化空氣功能。鑒于上述室內(nèi)污染的嚴峻局勢，光觸媒技術(shù)倍受關(guān)注并得到迅速發(fā)展。
然而，據(jù)申請人了解，目前二氧化碳光觸媒普遍存在兩大技術(shù)難題一是光量子產(chǎn)率低(4-10％)，太陽能利用率低，通常以二氧化鈦為主的光觸媒只能吸收利用太陽光中的紫外線部分，而不能完全利用太陽光中的可見光部分和燈光；二是難以在既保持高的催化活性又滿足特定材料的理化性能要求的前提下，在不同材料表面均勻、牢固地負載光觸媒，使得光觸媒不易分離再生，長久作用。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?2154431.X、申請日為2002年12月11日的中國專利申請公開了一種納米光觸媒抗菌組合物及制備方法，由一定比例的納米金紅石、納米銳鈦礦、偶聯(lián)劑、硝酸銀、鋅、分散劑組成，按照一系列工藝步驟制備而成，可直接混入涂料、油漆或陶瓷釉、木材表層使用，不產(chǎn)生脫落，亦可制成母料加入塑料、纖維等基料中制成各種抗菌材料及制品。據(jù)介紹，該發(fā)明在光照下可以產(chǎn)生一定的光催化活性和抗菌功能，但是由于基材純度不夠，尤其是金紅石的摻雜將大大降低光觸媒的催化作用和長效功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提出一種在紫外光、自然光以及日光燈、白熾燈、節(jié)能燈等微弱光源和短時間無光照條件下，依然具有催化作用，并且實現(xiàn)方便、效果持久的納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒，同時給出其應(yīng)用時的覆膜工藝方法。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒以銳鈦礦高純度納米二氧化鈦為基質(zhì)，其特征在于還含有與基質(zhì)晶型結(jié)構(gòu)一致、均勻混合的納米促進劑，所述納米促進劑的成分為銀離子(Ag-) 6--16mol％(摩爾比)氧化硅(P型) 0.5--2.5％(重量比)活性劑 0.02--0.2％(重量比)
以上銳鈦礦高純度納米二氧化鈦純度＞99％、粒徑≤5nm、比表面積＞200m2/g。銀離子從硝酸銀中獲取?；钚詣橹亓?∶1的聚氧化乙烯和十二烷基醚。
由于本發(fā)明復(fù)合型光觸媒的基質(zhì)材料以及其他成分均可以購買到，只要按要求采購，再采用現(xiàn)有的常規(guī)工藝均勻混合(例如按比例添加，采用雜化、敏化技術(shù)和液相法生產(chǎn)工藝)即可，因此制備十分方便。納米促進劑液相法生產(chǎn)時，以P型納米二氧化硅為載體，硝酸銀中的銀離子均勻地設(shè)計進納米粒子表面的微孔中并實施穩(wěn)定，使復(fù)合型光觸媒的功效緩慢釋放而達到長久防霉抗菌的作用。
另一方面，理論和實驗均表明，在納米二氧化鈦基質(zhì)中加入上述促進劑后，由于銀的摻雜增強了薄膜的光吸收能力，而且使薄膜的紫外光吸收邊出現(xiàn)紅移現(xiàn)象(例如從315nm移動到413nm)，可以吸收大于400nm的自然光和燈光，相對應(yīng)薄膜中氧化鈦的帶隙由3.4eV下降到3.0eV，在薄膜中形成了團簇而成為電子積累中心，對氧化鈦的電子有最佳吸引，從而增加了光生電子和空穴的分離幾率，使氧化鈦薄膜的光催化活性提高。
本發(fā)明復(fù)合型光觸媒的一大特點是可以與其應(yīng)用時的覆膜工藝相輔相成，配套的覆膜工藝產(chǎn)生的固化作用可以使產(chǎn)品材料表面牢固地負載光觸媒，從而使其長久發(fā)揮作用。覆膜的方法以如下的霧化沉積法為佳，其工藝步驟為霧化——將混合制備好的復(fù)合型光觸媒加入霧化裝置，空氣壓力控制在2--3.5kg/m2，噴嘴口徑為0.3--0.8mm，使復(fù)合型光觸媒成霧化狀態(tài)，充滿霧化倉；鍍膜——將待覆膜產(chǎn)品輸入霧化倉，時間控制在10--30秒，使復(fù)合型光觸媒均勻沉積在其表面后，輸出霧化倉；
激活——將從霧化倉輸出的鍍膜產(chǎn)品傳送到紫外光下催化，激發(fā)其活性；烘干——在激活的同時，控制溫度為25-60℃，時間10--15分鐘，使復(fù)合型光觸媒牢固負載與產(chǎn)品表面，固化成膜，硬度達3-5H。
除以上霧化沉積法外，也可以采用諸如氣相沉積、液相沉積或機械噴涂的工藝方法實現(xiàn)覆膜。
在復(fù)合型光觸媒覆膜產(chǎn)品使用過程中，由于光觸媒作為光催化劑，本身并不參與氧化還原反應(yīng)，而只是改變發(fā)生反應(yīng)所需的條件，因此自身的能力并不隨時間而被消耗和衰減。
總之，本發(fā)明從探索多相光催化反應(yīng)的機理著手，通過實驗研究，確定了加入促進劑的簡易可行措施，提高了光催化反應(yīng)活性和選擇性以及光量子產(chǎn)量，將其激發(fā)波長擴展到400-800nm波長的可見光(日光燈、白熾燈、節(jié)能燈等)，同時與覆膜工藝相結(jié)合，有效解決負載技術(shù)中的固定化問題，因此可以長久起作用。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例本發(fā)明作進一步的說明。
實施例一本實施例以在玩具表面形成納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒覆膜的過程為例，進一步說明本發(fā)明。
1、在純度＞99％、粒徑≤5nm、比表面積＞200m2/g的高純度銳鈦礦二氧化鈦基質(zhì)中，加入晶型結(jié)構(gòu)一致的納米促進劑，使其均勻混合，該納米促進劑由以下成分配制硝酸銀 10mol％摩爾比氧化硅(P型) 1.5％重量比聚氧化乙烯 0.02％重量比十二烷基醚 0.01％重量比2、將混合制備好的復(fù)合型光觸媒加入智能型霧化鍍膜機，空氣壓力控制在3kg/m2，噴嘴口徑為0.5mm，使復(fù)合型光觸媒霧化后充滿霧化倉；3、將待覆膜塑料玩具輸入霧化倉，時間控制在10秒，使復(fù)合型光觸媒均勻沉積在其表面后，輸出霧化倉；4、將從霧化倉輸出的鍍膜產(chǎn)品置于在紫外光下，激活復(fù)合型光觸媒薄膜的活性；5、烘干——將激活處理后的產(chǎn)品放置在溫度為60℃的環(huán)境中，時間12分鐘，使復(fù)合型光觸媒膜固化。
檢測表明，在使用15天后，以上采用納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒處理后的玩具與未經(jīng)處理的玩具相比，抗菌率≥99％，防霉0級，除臭率＞99％，除污率＞80％，效果明顯，不僅可以有效避免玩具上的污染物對兒童身心健康的威脅，而且有助于保持兒童自身的衛(wèi)生。
實施例二本實施例以在仿真花卉和觀葉植物表面形成納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒覆膜的過程為例，進一步說明本發(fā)明。
1、在純度＞99％、粒徑≤5nm、比表面積＞200m2/g的高純度銳鈦礦二氧化鈦基質(zhì)中，加入晶型結(jié)構(gòu)一致的納米促進劑，使其均勻混合，該納米促進劑由以下成分配制硝酸銀12mol％摩爾比氧化硅(P型) 2％重量比聚氧化乙烯 0.1％重量比十二烷基醚 0.05％重量比2、將混合制備好的復(fù)合型光觸媒加入粉末噴涂用流化霧化裝置，空氣壓力控制在2kg/m2，噴嘴口徑為0.3mm，使復(fù)合型光觸媒霧化后充滿霧化倉；3、將待覆膜仿真花卉和觀葉植物輸入霧化倉，時間控制在20秒，使復(fù)合型光觸媒均勻沉積在其表面后，輸出霧化倉；4、將從霧化倉輸出的鍍膜產(chǎn)品置于在紫外光下，激活復(fù)合型光觸媒薄膜的活性；5、烘干——將激活處理后的產(chǎn)品放置在溫度為35℃的環(huán)境中，時間15分鐘，使復(fù)合型光觸媒膜固化。
以上采用納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒覆膜處理后的仿真花卉和觀葉植物與未經(jīng)處理的同類產(chǎn)品相比，不僅具有理想的觀賞裝飾效果，而且可以清除室內(nèi)的空氣污染。對比測試表明，甲醛去除率≥80％，苯系去除率≥80％，除臭率＞99％，抗菌率＞99％。
實施例三本實施例的基本情況與以上實施例類同，區(qū)別在于待覆膜產(chǎn)品為日光燈管。與普通日光燈相比，本實施例的產(chǎn)品不僅具有照明功能，還具有去除室內(nèi)空氣污染功能，效果十分顯著。
從以上實施例可以看出，本發(fā)明用途廣泛，效果理想。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒，以銳鈦礦高純度納米二氧化鈦為基質(zhì)，其特征在于還含有與基質(zhì)晶型結(jié)構(gòu)一致、均勻混合的納米促進劑，所述納米促進劑的成分為銀離子(Ag-) 6——16mol％(摩爾比)氧化硅(P型) 0.5——2.5％(重量比)活性劑0.02——0.2％(重量比)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒，其特征在于所述活性劑為重量比2∶1的聚氧化乙烯和十二烷基醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒，其特征在于所述銀離子從硝酸銀中獲取。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒，其特征在于所述銳鈦礦高純度納米二氧化鈦純度＞99％、粒徑≤5nm、比表面積＞200m2/g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米二氧化鈦長效抗菌除污復(fù)合型光觸媒的覆膜工藝方法，包括以下步驟霧化——將混合制備好的復(fù)合型光觸媒加入霧化裝置，空氣壓力控制在2——3.5kg/m2，噴嘴口徑為0.3——0.8mm，使復(fù)合型光觸媒完全霧化，充滿霧化倉；鍍膜——將待覆膜產(chǎn)品輸入霧化倉，時間控制在10——30秒，使復(fù)合型光觸媒均勻沉積在其表面后，輸出霧化倉；激活——將從霧化倉輸出的鍍膜產(chǎn)品傳送到紫外光下催化，激發(fā)其活性；烘干——在激活的同時，控制溫度為25-60℃，時間10-15分鐘，使復(fù)合型光觸媒牢固負載與產(chǎn)品表面，固化成膜，硬度達3-5H。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合型納米二氧化鈦光觸媒，同時本發(fā)明還涉及其應(yīng)用時的覆膜工藝方法。該復(fù)合型納米二氧化鈦光觸媒以銳鈦礦高純度納米二氧化鈦為基質(zhì)，加入與基質(zhì)晶型結(jié)構(gòu)一致、均勻混合的納米促進劑。納米促進劑的成分為銀離子6－16mol％、納米氧化硅(P型)0.5－2.5％、活性劑0.02－0.2％。通過霧化、鍍膜、激活、烘干步驟，形成產(chǎn)品表面覆膜。本發(fā)明從探索多相光催化反應(yīng)的機理著手，通過實驗研究，確定了加入促進劑的簡易可行措施，提高了光催化反應(yīng)活性和選擇性以及光量子產(chǎn)量，將其激發(fā)波長擴展到可見光，同時與覆膜工藝相結(jié)合，有效解決負載技術(shù)中的固定化問題，因此可以長久起作用。
文檔編號B01J23/48GK1745892SQ20041004190
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者黃德武, 黃文藻, 黃文清 申請人:黃德武