[发明专利]一种二氧化钛/改性硅藻土复合材料、涂膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及建筑涂料领域，更具体地，涉及一种二氧化钛/改性硅藻土复合材料、涂膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境问题和能源问题的日益严重，科学家致力于研究如何高效绿色地利用资源，改善环境。

自上世纪发现二氧化钛的光催化反应以来，二氧化钛这种无毒、来源广泛的光催化材料得到了更为广泛的关注和应用。二氧化钛无毒高效，性质稳定，能够利用光能降解使用其他物理、化学或生物方法难以降解的有机物（如甲醛、有机染料等），在建筑涂料、环境治理等方面具有很好的应用前景。但是纳米二氧化钛由于纳米效应很容易团聚而丧失光催化活性。

天然矿物的自然结构具备优异的性能。如硅藻土独特的硅藻壳体结构赋予其强吸附性、大比表面积、高孔隙度、耐高温等优良性质，可作为良好的催化剂载体使用；其虽具备吸附有害气体（如甲醛）的能力，但却不能彻底降解，高温时还会释放所吸附气体，不能长效根本地解决环境中的污染物问题。

目前已有研究将二氧化钛和硅藻土通过高温煅烧的方式将二氧化钛负载在硅藻土上来制备不易团聚且可降解有害气体的复合材料，但煅烧会造成二氧化钛晶型的转变：由具有较好催化活性的锐钛型转变为金红石型，使得复合材料的催化活性大为降低。

因此，开发一种具有较好光催化活性，不易团聚且可降解有害气体的光催化材料具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的光催化材料催化活性低的缺陷，提供一种二氧化钛/改性硅藻土复合材料。本发明提供的二氧化钛/改性硅藻土复合材料以改性硅藻土为催化剂载体，二氧化钛溶胶为光催化剂源，通过静电作用在低温下即可将二氧化钛负载至改性硅藻土表面，光催化效果好，光降解选择性低，不易团聚且可回收再利用，制备条件简单易行，适宜大量生产和应用。

本发明的另一目的在于提供上述二氧化钛/改性硅藻土复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种二氧化钛/改性硅藻土光催化涂膜。

本发明的另一目的在于提供上述二氧化钛/改性硅藻土复合材料在制备建筑涂料中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氧化钛/改性硅藻土复合材料，所述复合材料通过pH为1~3的锐钛型的二氧化钛溶胶和改性硅藻土混合烘干制备而成；所述二氧化钛溶胶和改性硅藻土的质量比为5:9~11，所述改性硅藻土为依次经酸和阳离子表面活性剂改性硅藻土。

本发明利用大表面积、吸附能力强的改性硅藻土作为光催化剂二氧化钛的载体，可减少二氧化钛纳米粒径带来的表面效应而导致的团聚，降低空穴-电子对复合的几率；利用硅藻土的吸附性增大材料表面有机物的局部浓度，提高复合体对有机物的降解速率。同时经酸和阳离子表面活性剂改性后的改性硅藻土带有正电荷，可通过静电作用使得带有负电的二氧化钛溶胶较好地吸附在改性硅藻土上，具有较高的光催化活性，光降解选择性低。

优选地，所述二氧化钛溶胶和改性硅藻土的质量比为5:10。

当二氧化钛溶胶用量较少时，改性硅藻土表面的孔隙没有得到充分的利用，性能较差。当二氧化钛溶胶用量较多时，表面覆盖过多的二氧化钛，容易团聚失活，失去硅藻土负载二氧化钛的优势；且负载量较多时，吸引力较弱，外层的二氧化钛会重新分散在溶液中，由于其回收困难，造成催化剂的损失。

本发明进一步优化两者的质量配比，既可得到光催化性能优异的复合材料，又实现了二氧化钛溶胶和改性硅藻土的最大功能化利用。

优选地，所述二氧化钛溶胶的pH为3。

本发明中所提供的二氧化钛溶胶可通过过氧化氢分散偏钛酸沉淀来得到过氧化钛溶液体系，并经过加热回流使得过氧化钛分解为纳米二氧化钛溶胶。该方法制备得到的二氧化钛溶胶稳定性好，粒径小，且不会发生晶型转变。

优选地，所述二氧化钛溶胶由如下制备方法得到：将偏钛酸用过氧化氢溶液分散，用无机酸调节pH为1~3后，在80~100℃加热回流2~4h，得到浅黄色透明稳定二氧化钛溶胶，所述Ti和H₂O₂的摩尔比为1:8~20。

H₂O₂与偏钛酸反应生成钛过氧化氢配合物。这一结构仅仅在强酸性条件下才能稳定存在（pH<1），随着体系 pH的升高，开始发生缩聚反应。在 1<pH< 3，主要生成双核聚合物，在结构上可以下式表示：