水溶胶制备方法及该方法得到的水溶胶及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及光催化材料领域，具体设及光触媒纳米Ti02水溶胶制备方法及该方 法得到的水溶胶及其应用。
【背景技术】
[0002] 光催媒是一种W纳米级Ti化为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，是 当前国际上治理室内环境污染的理想材料，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能，能有 效地降解空气中如甲醒等有毒有害气体，能有效杀灭多种细菌，抗菌率高达99. 99%，并能 将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理，同时还具备除臭、抗污等功能。
[0003]近年来，由于"装修污染症候群"的出现，室内环境污染问题频现，成为人们关注的 热点。据权威报道，在我国70%W上的家庭装修污染超标，且污染严重超标达30%W上。它 不但会引发肺炎、气管炎、白血病、脑血栓等疾病，还可能导致孕妇流产、新生儿崎形等一系 列疾病。
[0004]将纳米级Ti〇2整理于织物表面，形成光触媒产品，满足消费者"安全需求"，市场前 景极为广阔。如上所述，光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出 氧化能力极强的自由氨氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，因此光触媒的单位体 积的表面积越大，光催化反应的作用越强，产生出的自由氨氧基和活性氧越多，可W说粒径 大小是光触媒优劣的关键指标，运就要求光触媒在制备W及后续存放和使用过程中，不仅 需要Ti〇2粒径应足够的小，同时需要Ti〇2不能发生团聚现象，影响光反应比表面积，而目前 的制备方法是将铁酸下醋倒入酸性溶液中混合而成，存在W下两个方面的缺陷： 一是只能采用高于30纳米级Ti化作为原料，若用低于30纳米级TiO2作为原料，在制 备中必定发生Ti化团聚现象，不仅浪费了资源，而且无法制备得到高含量的Ti〇2水溶胶，同 时在后续储存和使用过程中继续发生团聚现象(虽然在制备过程中对沉淀的团聚物做了液 固分离，但没有形成沉淀的小团聚物仍留在水溶胶中，在储存中运些小团聚物会继续发生 团聚)，使获得的水溶胶中Ti化极不稳定，水溶胶中Ti〇2含量会随着储存时间的推移逐渐减 少。
[000引二是30纳米级W上Ti02,其能带和导带之间的带隙能为5. 127X10wj，其能量相 当于波长为387. 5nm的紫外光，只能在388nmW下紫外光照射下发生光催化反应，对光照有 特定要求，限制了载体的使用环境，也就是在没有紫外光的环境中将不具有降解空气中如 甲醒等有毒有害气体，杀灭多种细菌等作用。
[0006] 当粒子的大小在1~10纳米级时，会出现量子效应，成为量子化粒子，明显禁带变 宽，电子-空穴具有更强的氧化还原能力，催化活性将随尺寸量子化程度的提高而增加，使 得在正常光照下也能达到理想的效果。用1~10纳米级Ti化制备光触媒TiO2水溶胶，其 固结在面料上的无机Ti化比表面积将更大化，其载体能在正常光照下都能发生明显的光催 化反应。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种光触媒纳米Ti化水溶胶制备方法，制备过程 W及后续储存和使用过程中，纳米级Ti化不会发生团聚现象，水溶胶中纳米级Ti〇2含量高； 同时提供纳米级Ti化水溶胶，用运种水溶胶于织物上，可在正常光照下发生光催化反应，降 解空气中如甲醒等有毒有害气体，杀灭空气中的多种细菌等。
[0008] 本发明通过W下技术方案实现： 光触媒纳米Ti化水溶胶制备方法，包括W下制备步骤： (1) 取重量份0.9~1:1的铁酸下醋和有机溶剂，室溫下将铁酸下醋溶解于有机溶剂 中形成铁酸下醋均相溶液，充分揽拌均匀，备用； (2) 室溫下取无机酸与水混合得PH=1. 5~3. 5无机酸溶液，充分揽拌均匀，备用； (3) 在20°C~60°C条件下，将铁酸下醋均相溶液W滴加或雾喷的方式加入揽拌的无 机酸溶液中得到乳白色分散液，滴加速度不快于2滴/s，每滴铁酸醋乙醇溶液体积0. 04~ 0. 07ml;铁酸下醋均相溶液与无机酸溶液重量比为1 :3~5;根据无机酸溶液液面大小，至 少每50~80平方厘米设有一个滴头； (4) 在室溫条件下，将乳白色分散液密封静置陈化120小时W上，形成微黄色半透明纳 米级Ti〇2水溶胶。
[0009]W上步骤中提及的室溫是指25°C±5°C。
[0010] 本发明进一步改进方案是，步骤（3)所述滴加速度为1~2滴/s。
[0011] 为使反应充分，本发明更进一步改进方案是，步骤（3)滴加或雾喷完成后继续揽拌 1小时W上。
[0012] 本发明更进一步改进方案是，将步骤（4)得到的微黄色半透明Ti〇2水溶胶在 0. 07~0. 15M化负压条件下进行蒸馈，控制Ti〇2水溶胶PH值为2. 0~3. 0。去除乙醇及 负反应物下醇等带来的异味，负压下去除部分乙醇及负反应物下醇，但不会将水分蒸发，防 止铁离子在缺水的状态下体系失衡，产生析出。
[0013] 本发明更进一步改进方案是，所述有机溶剂是无水乙醇。
[0014] 本发明更进一步改进方案是，所述无机酸是盐酸。
[0015] 本发明更进一步改进方案是，步骤（4)所述的纳米级Ti化水溶胶为1~70纳米级 Ti〇2水溶胶。
[0016] 本发明更进一步改进方案是，步骤（4)所述的纳米级Ti化水溶胶为1~10纳米 级Ti化水溶胶。1~10纳米级TiO2水溶胶，应用于载体能在正常光照下都能发生光催化 反应。
[0017] 反应原理：将铁醇盐溶于乙醇溶液中形成均相溶液，在滴定过程中，铁醇盐与水发 生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶，经陈化，溶胶形成Ξ维 网络而形成凝胶。
[001引本发明还提供了权利要求1~8任一项所述方法制备所得的光触媒纳米Ti02水 溶胶W及此光触媒纳米Ti化水溶胶应用于纤维布。
[0019] 本发明与现有技术相比，具有W下明显优点： 一、本发明创造性的贡献在于制备步骤（1)，将铁酸下醋和有机溶剂混合后再与无机酸 混合，同时设定了铁酸下醋与有机溶剂的混合比；创造性的贡献还在于步骤（2)，将无机酸 溶液的PH值设定为1. 5~3. 5;创造性的贡献还在于步骤（3)，铁酸下醋与有机溶剂的均相 溶液W雾喷或一定速度滴加的方式混合于无机酸溶液。具体阐述如下： 步骤（1)中铁酸下醋和有机溶剂的重量配比为0. 9~1:1，铁酸下醋含量如低于该配 比，则最终水溶胶中Ti化含量低，水溶胶中Ti〇2含量是一项很重要的质量控制指标，它的多 少会直接影响到光触媒产品的催化性能；如高于该配比，则纳米级Ti化会发生团聚，有铁析 出。
[0020] 步骤（2)对无机酸溶液PH=1. 5~3. 5的限定，如低于该PH值下限，水溶胶酸性太 强，不仅对使用的织物有腐蚀，而且整理后的光触煤织物异味大，形成新的污染源。如高于 该PH值上限，酸性弱，反应体系失衡，纳米级Ti化会发生团聚。
[0021] 步骤（3)滴定速度尤为重要，限定不快于2滴/s，每滴铁酸醋乙醇溶液体积 0. 04~0. 07ml，超该速度则会发生团聚析出现象；权利要求2进一步限定为1~2滴/s， 如果慢于1滴/s，从产品质量而言不会产生实质性效果，但拉长了制备时间，不利于工业化 制备的效率提高。
[0022] 二、本发明在步骤4对陈化之后的水溶胶作负压蒸馈，该步骤不仅可去除乙醇及 负反应物下醇等带来的异味，同时可提升水溶胶PH值达2.0~3.0使其在储存过程中性能 稳定。后期使用时配加蒸馈水可调PH值至3.0~4.0,当添加到织物表面后，再通过抽风、 烘干等工序，PH值接近7,从而达到无异味、无腐蚀的效果。
【具体实施方式】
[0023]W制作5纳米级Ti〇2水溶胶为例， 实施例1 (1) 室溫条件下将8.8g铁酸下醋溶解于9.Og无水乙醇中形成铁酸下醋乙醇溶液，充分 揽拌均匀，备用； (2) 室溫条件下取0. 75g分析纯37%盐酸加入82g蒸馈水中得PH=2盐酸溶液，充分揽 拌均匀，备用； (3) 在20°C条件下，将铁酸下醋乙醇溶液揽拌条件下W1滴/s滴加入不断揽拌的盐酸 溶液中，每滴铁酸醋乙醇溶液体积0. 04~0. 07ml;根据无机酸溶液液面大小，至少每50~ 80平方厘米设有一个滴头； (4) 滴加完成后继续揽拌1小时W上，得到乳白色分散液； (5) 将分散液密封静置陈化120小时，形成微黄色半透明5纳米级Ti〇2水溶胶； (6) 在0. 负压条件下对微黄色半透明5纳米级Ti化水溶胶进行蒸馈，去除乙醇、 及负反应物下醇等带来的异味，控制Ti化水溶胶PH值为2.0~3.0得产品。
[0024] 实施例2 (1) 室溫条件下将8.Ig铁酸下醋溶解于9.Og无水乙醇中形成铁酸下醋乙醇溶液，充分 揽拌均匀，备用； (2) 室溫条件下取0. 8g分析纯37%盐酸溶解于82g蒸馈水中得PH=1. 5盐酸溶液，充分 揽拌均匀，备用； (3) 在60°C条件下，将铁酸下醋乙醇溶液W雾喷方法加入不断揽拌的盐酸溶液中，铁酸 醋乙醇溶液雾喷量每50~80平方厘米至少为0. 04~0. 07ml/s; (4) 雾喷完成后继续揽拌1小时W上，得到乳白色分散液； (5) 将分散液密封静置陈化180小时，形成微黄色半透明5纳米级Ti〇2水溶胶； (6) 在0. 07MI^负压条件下对微黄色半透明5纳米级Ti化水溶胶进行蒸馈，去除乙醇、 及负反应物下醇等带来的异味，控制Ti化水溶胶PH值为2.0~3.0得产品。
[00幼 实施例3 (1) 室溫条件下将9.Og铁酸下醋溶解于9.Og无水乙醇中形成铁酸下醋乙醇溶液，充分 揽拌均匀，备用； (2) 室溫条件下取0.