[发明专利]一种光催化自清洁涂料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种光催化自清洁涂料，其特征在于由光催化材料、纳米SiO₂成膜材料、镀膜调节剂和溶剂组成，涂布形成的膜层具有光催化自清洁、减反射增透和表面增硬功能；涂料中各组分的质量分数为：光催化材料0.2%-2%，纳米SiO₂成膜材料 3%-8%，镀膜调节剂0.01%-0.2%，溶剂90%-95%；所述的光催化材料是碳氮磷掺杂纳米TiO₂ 与磷掺杂活性g-C₃N₄的复合材料，由碳氮磷掺杂纳米TiO₂凝胶、尿素、三聚氰胺和磷酸的混合物聚合、活化和在乙醇溶剂中超声剥离形成；所述的纳米SiO₂成膜材料是甲基硅树脂和正硅酸乙酯的酸性水溶胶。

2.一种光催化自清洁涂料的制备方法，其特征是包括碳氮磷掺杂纳米TiO₂ 制备、磷掺杂活性g-C₃N₄制备、光催化复合材料制备、纳米SiO₂ 制备和光催化自清洁涂料调配5个部分，具体步骤为：

（1）用4mol/L的氨水中和2mol/L的硫酸氧钛水溶液至pH=8-10，过滤分离形成的白色沉淀，用去离子水洗涤至无硫酸根离子，用1mol/L的草酸水溶液在60-80℃下加热胶溶，控制原料硫酸氧钛、氨水和草酸的摩尔比为1：1.5-2.5：0.8-1.6，得到纳米TiO₂水溶胶；将其与饱和尿素水溶液、三聚氰胺乙醇溶液和磷酸水溶液混合，控制原料TiO₂、尿素、三聚氰胺和磷酸的摩尔比为1：0.5-2：2-10：0.1-0.5，在75-90℃下回流4-12h，形成碳氮磷掺杂纳米TiO₂水溶胶的混合物，使溶剂挥发后，形成碳氮磷掺杂纳米TiO₂凝胶、尿素、三聚氰胺和磷酸的混合物；

（2）将碳氮磷掺杂纳米TiO₂凝胶、尿素、三聚氰胺和磷酸的混合物在110-160℃下烘干，转入高温炉中，在500-550℃和CO₂气体保护下进行聚合反应和产物g-C₃N₄的活化4-10h，冷却后形成碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄混合物，磷酸作为g-C₃N₄的活化催化剂和磷掺杂剂来源，CO₂作为g-C₃N₄的气体活化剂；

（3）将碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄混合物粉碎研磨至100-400目，然后，以固体质量分数5%分散在乙醇溶剂中，进行超声剥离4-12 h，形成磷掺杂活性g-C₃N₄的乙醇分散液，碳氮磷掺杂纳米TiO₂粒子吸附在剥离的磷掺杂活性g-C₃N₄上；以乙醇溶剂稀释后得到固体质量分数5%的碳氮磷掺杂纳米TiO₂与磷掺杂活性g-C₃N₄光催化复合材料；

（4）将正硅酸乙酯分散在含有磷酸水解剂的乙醇水溶液中，控制投料摩尔比为：正硅酸乙酯：乙醇：水：磷酸=1：10-20：:20-50：0.01-0.05，在室温下搅拌2-4h，使正硅酸乙酯完全水解，在室温下陈化24-48h，用去离子水调整浓度，形成SiO₂ 质量分数为5%的纳米SiO₂ 水溶胶600g，纳米SiO₂ 粒子的直径为5-20nm；

（5）将甲基硅树脂质量分数为5%的甲基硅树脂乙醇溶液，纳米SiO₂质量分数为5%的纳米SiO₂ 水溶胶和固体质量分数为5%的光催化复合材料加入均质机中混合，用乙醇水溶液稀释，加入镀膜调节剂，得到固体质量分数为3%-5%的光催化自清洁涂料，各组分的质量分数为：光催化材料0.2%-2%，纳米SiO₂成膜材料 3%-8%，镀膜调节剂0.01%-0.2%，溶剂90%-95%。

3.一种光催化自清洁涂料在太阳能电池玻璃镀膜中的应用，以提高太阳能电池玻璃的透光率和抗污染性能，其特征是具体操作步骤为：

（1）将光催化自清洁涂料涂布在清洗干净的100mm╳100mm太阳能电池玻璃样片上，控制湿膜厚度为1600-2000nm，溶剂挥发后在110-150℃下加热固化3-10分钟，得到泛蓝紫色的太阳能电池镀膜玻璃，干膜层厚度为140-180nm；

（2）将镀膜的太阳能电池玻璃样片在500℃-600℃的高温炉中热处理20-30分钟，使镀膜层烧结在太阳能电池玻璃表面上，快速冷却后用去离子水清洗，干燥后测得380nm-1100nm波长范围内太阳能电池玻璃平均透光率由91.6%提高到94.5%-94.9%，镀膜前后透光率增加3.0%-3.5%，表面硬度由5H增大到7H，太阳能电池镀膜玻璃具有良好的减反射增透和表面增硬功能；

（3）将太阳能电池光催化自清洁镀膜玻璃放置在室外进行自清洁性能测试，并用市售的太阳能电池镀膜玻璃进行对比，样片在室外放置一周，表面污染物增重2.1-5.3mg/m²，模拟雨水冲洗过程后，太阳能电池光催化自清洁镀膜玻璃的透光率为93.5%-93.7%，而市售的太阳能电池镀膜玻璃表面污染物增重18.7-50.6mg/m²，模拟雨水冲洗过程后的透光率为87.5%-91.2%，光催化自清洁涂料具有良好的自清洁功能。