[发明专利]一种用于水泥基材料的高稳定中性光触媒溶胶制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，涉及一种用于水泥基材料的高稳定中性光触媒溶胶制备方法。

背景技术

水泥作为无机非金属材料中使用最为广泛的材料之一，在公共基础领域如建筑物和道路上得以大规模的应用。近年来，建筑物的污染会损坏入住的公司、宾馆、银行和饭店等形象，因此在外墙美观的维护上需要花费很多资金。建筑物外装污染重最明显的污染物首当其冲为污染物附着产生的污垢，并且污染物来源于汽车排放的废气中的碳及油分为主的所谓的城市型污染。

光触媒主要是以纳米级TiO₂为代表的具有光催化功能的半导体材料总称。光触媒应用于基材表面时，利用光触媒的光催化作用和光致超亲水性能，可以将吸附污垢中的有机物降解，无机物则可被雨水冲刷干净，实现表面自清洁性能。因此，合成纳米TiO₂光触媒溶胶并将其喷涂于水泥基材料表面构筑TiO₂薄膜，有望起到净化空气的作用，实现无需人工清楚一些建筑物污染的功能。

TiO₂薄膜的液相制备法由于在成本上具有优势，并且易于实现，得到了较为广泛的研究。液相制备法主要包括液相沉积法和溶胶—凝胶法。液相沉积法只需要在相应的反应液中浸处基片，经一定时间反应后，即可在基片上沉积获得结晶的TiO₂薄膜，然而该法的缺点是不适合大面积地制备TiO₂薄膜。溶胶—凝胶法具有制备温度低，工艺简单，可制备多组分混合均匀的薄膜，并且薄膜颗粒度均匀，纯度高等优势，因而成为制备TiO₂薄膜的最常见方法。

但是，溶胶—凝胶法通常需要后期高温处理使TiO₂完成晶化，但高温处理可能会导致基材元素向TiO₂薄膜内部扩散，而且容易造成TiO₂晶粒长大，导致光量子效率及光催化活性降低，因此该过程严重限制了其在耐热性差的基材表面的应用。

为此，预先制备分散有TiO₂纳米晶的溶液，之后在常温下利用其涂膜，实现无需高温处理便制得具有结晶性的TiO₂薄膜成为人们研究的重点。截止目前，制备二氧化钛溶胶光催化剂的常用方法有：Sol-Gel—水热法，Sol-Gel—低温解胶法，无定形TiO₂—低温解胶法。其中化学沉淀—解胶法是制备TiO₂溶胶最有应用潜力的方法。该法主要是利用无机钛盐作为前驱物同碱反应预先获得Ti(OH)₄沉淀，然后再加入酸作为解胶剂获得TiO₂。如采用四氯化钛，硫酸氧钛和偏钛酸作为前驱物人们制备了TiO₂溶胶（Journal of Sol-Gel Science and Technology. 25,121-136,2002; Journal of hazardous Materials. 152, 347-355, 2008）,不过由于水泥基材料一般耐酸性较差，采用这种获得的酸性光触媒溶胶势必对基材造成破坏。因此，需要首先合成中性的结晶性能良好的高效光触媒进而在水泥基材表面进行涂覆成膜。关于中性TiO₂光触媒溶胶的制备，也有相关专利进行了报道。中国专利CN101049962A公开了一种中性的纳米TiO₂溶胶制备方法，该方法是引入H₂O₂作为络合剂对Ti(OH)₄沉淀进行解胶，但是该方法制备的TiO₂溶胶结晶性能较差，光催化活性较差。中国专利CN102432063A公开了一种用于功能织物的中性纳米二氧化钛水溶胶的制备方法，该方法是在解胶过程中加入高分子类的改性剂，获得中性的水溶胶，但是该技术在实际应用过程中高分子类的改性剂容易被TiO₂光降解。此外，中国专利CN101306838A也介绍了高稳定中性混晶TiO₂纳米晶的制备方法，但是关于在水泥基材料的应用并没有介绍。玻璃纤维水泥基材料（GRC）在公共建筑领域如建筑屋面、建筑幕墙、墙面装饰、市政交通工程建设中具有广泛的应用前景，前期我公司在中国专利CN102518275已经报道了纳米自洁纤维增强水泥制品及其生产方法，但关于光触媒生产的详细制备并无介绍。

发明内容