[发明专利]一种可见光响应光催化喷雾剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料领域，涉及环保相关领域使用的可见光响应的纳米二氧化钛光催化喷雾剂的制备方法。

背景技术

TiO₂作为光催化环境净化材料可将光能转化为化学能，可以广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、防雾自清洁等领域。当TiO₂(禁带宽度为3.2eV)受到波长小于387.5nm的光照射时，其价带上的电子会由于受到激发而跃迁到导带，同时在价带上产生相应的空穴，这些产生的电子-空穴对在内部电场作用下分离并迁移到材料表面，与空气中的水和氧气反应在TiO₂表面生成活性羟基、活性氧等高活性基团，这些基团可以氧化分解有机物，从而起到杀菌、除臭及净化环境的作用。

但目前绝大多数TiO₂空气净化喷剂应用存在三个问题：一是大都只能在紫外光照射下才能发挥作用，大大限制了其在室内空间的应用；二是有机成膜成分会包覆纳米粉体，严重影响粉体的光催化性能发挥，而且存在老化性差的问题；三是目前真正的光催化产品都需要专业人员使用特殊喷枪进行施工应用，这就大大限制了推广应用的规模。同时由于这些纳米光催化喷剂产品大都难于实现纳米尺度的分散，因此施工大都需要专业人员使用特殊喷枪进行施工喷涂，这就大大限制了其大规模应用。

为了解决TiO₂光催化环境净化材料对紫外线依赖的局限性、制备具有高效可见光活性的TiO₂环境净化材料、降低生产成本和提高光催化效率是本领域发展的必然趋势。

氮掺杂是提高纳米TiO₂可见光催化性能的最好选择之一，因而受到了国内外的广泛关注。对本领域技术人员而言，掺杂氮元素能够使其具有可见光光催化性能确实是本领域的惯用技术手段，但是由于O-Ti结合能为464eV高于N-Ti结合能396eV。因此氮离子难以进入TiO₂晶格实现氮掺杂，因而需要足够的能量结合纳米材料生长控制实现其掺杂。

目前关于氮掺杂的材料制备已发表大量的研究可以分为三类：一是高温热处理法，在NH₃、N₂等含氮气氛下对含钛前躯体进行热处理来实现纳米N-TiO₂粉体及薄膜的制备，但高温热处理容易造成晶粒长大和硬团聚从而大大限制了其光催化性能的发挥，无法实际应用。二是采用水热或其他工艺制备出前躯体，再辅以后续高温热处理晶化过程实现纳米氮掺杂TiO₂粉体及薄膜的制备。整个过程存在反应时间长、工艺复杂以及热处理造成晶粒长大和硬团聚等问题。三是专利申请人曹文斌于2005年申请并授权的专利号为200510011165.3的专利中描述的低温水热法制备的氮掺杂纳米二氧化钛粉体，经过近7年的应用研究，该工艺制备的粉体性能良好。但实际使用过程需要二次分散，而且即使使用各种分散稳定剂对其进行表面改性仍很难达到纳米粉体的原始粒径，这就大大降低了其光催化性能，限制了其光催化性能的充分发挥。

领域内研究人员均知道氮掺杂可以有效改善其光催化性能，但截至目前国内外均无相关产品，日本作为领域的领先国家仍然于2009年专门启动了为期十年的光催化行动来推动可见光光催化材料的产业化进程。国内十二五期间也将投入巨资进行相关研究。

因此，研制一种易于使用的、可见光下具有良好的光催化性能的、无机水性二氧化钛喷涂浆料成为当前光催化技术的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合直接喷涂、附着力优异并且在可见光下具有良好光催化性能的光催化喷雾剂的制备方法。本发明克服了现有技术不足，提供了一种高分散性能的可见光响应空气净化喷剂，通过选用高安全性的喷射剂，经过优化喷剂配方开发出了便于负载的，可以直接销售由客户自由施工的，可见光下具有良好的光催化性能的二氧化钛气雾喷剂。

本发明的光催化喷雾剂的制备通过以下技术方案实现：

一种可见光响应光催化喷雾剂的制备方法，包括如下步骤：首先称取分散好的可见光响应纳米二氧化钛分散液，在高速搅拌的条件下，按照质量百分比加入成膜剂，搅拌一定时间后得到分散均匀的喷射前驱液；然后按照填充量为10～80％的比例将其加入喷雾罐，最后采用一步压力罐装法充入抛射剂后密封，即得到能够直接喷涂用的光催化喷雾剂；

所述可见光响应纳米二氧化钛分散液由质量百分比为0.1～35％氮掺杂纳米二氧化钛粉体加入到0.1～10％多聚钛酸胶体与55～99.8％去离子水的混合物中，然后在高速砂磨分散后得到；