[发明专利]降解空气中有机物的高比表面光催化涂层材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于环境空气中有机物降解的高比表面积光催化涂层材料，属于光催化涂层材料技术领域。

背景技术

随着中国社会的快速发展，城市新建建筑装修、交通运输、化工医药产业园区建设等规模急速扩张，环境空气中的挥发性有机物含量快速升高，因此带来的异味污染、光化学烟雾以及次生的细颗粒物PM2.5等环境问题日益突出。挥发性有机物进入环境空气后，其降解消除过程主要依靠自然光线照射降解，部分区域局部挥发性有机物的集中排放超过了局部环境自然降解的速度，其环境空气质量的改善只能依靠空气流动产生的扩散和降解完成，因此城市或工业园区的许多区域，挥发性有机物排放产生的环境问题较为突出。

利用自然太阳光催化技术，降解环境空气中的挥发性有机物是一种适宜大规模使用，成本低廉的方法，特别是自然太阳光的光强远大于人工光源，即便是相对分布较少的紫外部分。已有的专利技术也特别注意到了该方法的实用和便利性，如中国专利文献CN03117023.4公开的《一种超自洁外墙建筑有机涂料及其制备方法》、CN99121551.6公开的《光催化剂复合物及其制备方法》以及CN99126362.6公开的《活性氧化物包覆的多孔粉体材料及其制备方法和用途》等，分别提出了适用于墙体涂料配方、光催化剂过渡金属、贵金属、稀土等改性的合成方法。以上技术限于涂料组成的基本要求，其配方均使用了有机单体聚合后的高聚物作为涂料的连续成膜材料，其结果是涂层仅有极少的二氧化钛光催化剂暴露于太阳光的辐射之下，产生目标希望的光催化反应。

CN01115625.2公开的《用于有机物光催化分解的二氧化钛纳米涂料及其制备方法》、CN01115626.0公开的《用于形成光催化透明亲水涂层的二氧化钛纳米涂料及其制备方法》、CN200410012965公开的《无需高温烧结处理的光催化剂的制备及其应用》以及CN01129809X公开的《二氧化钛／硅／钼三元复合纳米光催化剂及其制备方法》等注意到了这种有机聚合物的覆盖作用，提出了将二氧化钛纳米粒子直接与有机硅粘结剂结合，形成光催化剂涂层的方法，其缺点是涂层缺少发达的微孔结构，比表面较小，涂层中二氧化钛光催化剂自身相互遮盖后，只有表面二氧化钛光催化剂起到相应的有机物降解作用。

CN200510011793公开的《氮掺杂纳米二氧化钛改性光催化涂料及其制备方法》、CN02810799.3公开的《具有光催化活性和吸附性能的光催化涂料及其制备方法》以及CN02810799.3公开的《具有光催化活性和吸附性能的光催化涂料及其制备方法》等发明注意到了光催化剂的氮掺杂改性和其它改性方法，但仍然使用的有机成膜剂也同样有前述的光催化剂覆盖和隔离作用，降低了涂层的光催化性能。

发明内容

本发明针对现有用于环境空气中有机物降解的光催化涂料存在的不足，提供一种比表面积大、降解挥发性有机物效果好、耐候性强的降解空气中有机物的高比表面光催化涂层材料，同时提供一种该涂层材料的制备方法。

本发明的降解空气中有机物的高比表面光催化涂层材料，以总重量份数为100份计，由以下重量份数的物质组成：

纳米二氧化钛1-5份、掺氮二氧化钛1-5份、含二氧化硅20%重量的硅溶胶40-60份、钛酸四乙酯3-6份、正硅酸乙酯20-45份和甲基三乙氧基硅烷5份。

上述光催化涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在450℃-650℃将前驱物二氧化钛（优选P25）在氮气和氨混合气氛中氮化2小时，得到掺氮二氧化钛，其中氮气和氨以体积比9:1；

（2）称取重量份纳米二氧化钛1-5份、掺氮二氧化钛1-5份、含二氧化硅20%重量的硅溶胶40-60份、钛酸四乙酯3-6份、正硅酸乙酯20-45份和甲基三乙氧基硅烷5份，总份数为100份；

（3）将纳米二氧化钛、掺氮二氧化钛、硅溶胶、正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷混合均匀，制成预混合液；

（4）将钛酸四乙酯加入上述预混合液，混合均匀后制成涂层材料立即使用，涂敷在建筑物向阳面墙体或屋顶，自然干燥。

本发明具有以下有益效果：

1.使用纳米二氧化钛和氮掺杂纳米二氧化钛混合物为光催化剂，提高了自然太阳光中可见光的利用率；

2.使用最终成膜的硅胶为光催化剂的高比表面积支撑材料，其比表面积大于200m².g^-1，使得纳米二氧化钛光催化在二氧化硅形成的微孔网状材料上形成立体分布的空间分散状态，自然光线穿透二氧化硅微孔材料时，在光催化剂二氧化钛纳米颗粒上形成吸收和散射，提高了光子利用效率；