一种以钛酸铋作为光催化剂的涂料及其制备方法与流程

本发明属于化工涂料技术领域，具体涉及一种以钛酸铋作为光催化剂的涂料及其制备方法。

背景技术：

水性无机涂料以水为介质，无毒、无味，不含有可挥发性及其他有机物质，且原材料丰富、施工方便、价格较低。水性无机涂料的硬度很高，耐磨性好，但是其耐水性和粘结力较差，阻碍了其广泛应用。此外，在环境治理方面，随着国家对健康发展、绿色发展的进一步要求，光催化技术因其以太阳光作为能量来源，能耗低，氧化能力强，效率高且不产生二次污染得到了广泛关注。

近年来，光催化技术在空气净化及水处理领域已经开始应用。而将光催化剂与涂层材料相结合，制备出具有光催化效果的涂料，将能把环境的治理与日常生活的需要更紧密的结合在一起。如将制成的光催化剂涂料涂装于路面、隔离墩、路边沿、栏杆等，可以有效吸收分解汽车尾气，而这也将是治理汽车尾气排放污染的一种研究方向。但当前运用的光催化剂主要为二氧化钛等存在很大局限性的光催化剂。其光感能力不强，带隙较宽，并且电子空穴合并速率很高，致使其无法运用占太阳光总能高达百分之九十五的可见光，仅可以被波长在368.5nm范围以内的紫外光激发，极大的限制了其光降解效率，此外，其还具有量子效率低、半导体载流子的复合率高等缺点。

故而我们需要将一种更加优秀的光催化剂与涂层材料结合，如本发明使用的钛酸铋，使其不但能在在紫外光下进行光催化作用，同样可以在可见光的照射下进行，提高光降解效率，制取更加优秀的光催化剂涂料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种以钛酸铋作为光催化剂的涂料及其制备方法，在保证其具有较好的耐水性、耐磨性和粘结力的同时，使其具有在可见光下就能进行光催化降解的能力且具有较好的效果。

一种以钛酸铋作为光催化剂的涂料，原料以质量百分数计包括：乙醇酸水溶液8%-15%，硅酸钠水溶液20%-40%，纳米钛酸铋2%-5%，白炭黑22%-28%，余量为水；所述原料的质量百分比总和为100%。

优选地，所述乙醇酸水溶液的质量分数为10%-30%。

优选地，所述硅酸钠水溶液的质量分数为60%-80%。

优选地，所述纳米钛酸铋的晶型为钙钛矿型。

优选地，所述纳米钛酸铋的一次粒径为1-5μm。

优选地，所述纳米钛酸铋是由以下方法制备得到：取氧化铋、p25型纳米二氧化钛研磨均匀，将研磨后的粉末转移到石英舟中进行煅烧，冷却后将得到的产物水洗烘干，即得到纳米钛酸铋。

优选地，氧化铋和p25型纳米二氧化钛的摩尔比为6：1。

优选地，煅烧温度为600℃，煅烧时间为1h。

上述以钛酸铋作为光催化剂的涂料的制备方法，包括以下步骤：将乙醇酸水溶液加至硅酸钠水溶液中，混合后加入纳米钛酸铋和白炭黑，搅拌，再加入水，搅拌分散后即得。

利用x射线衍射仪（xrd）、紫外-可见分光度计（drs）对制造的钛酸铋进行结构及可见光吸收能力分析，以二氧化氮为目标污染物进行光催化降解实验，以评估其光催化活性。

本发明提供的光催化剂涂料中的乙醇酸具有较强的极性、亲水性，可以溶解有机物和水等无机物，可作为分散剂。硅酸钠水溶液与一定量的乙醇酸和白炭黑混合后，可以制得低温固化的无机涂料，该涂料与金属、水泥、砖石等具有很好的结合力,且具有较强的耐水、耐酸、耐腐蚀、耐候、耐高温等特性。

纳米钛酸铋为钙钛矿型，受到太阳光的照射后会吸收能量，使催化剂激发形成具有强氧化还原能力的电子空穴对，这些电子空穴移动至其表层，对污染物的分子结构进行破坏，能更加彻底的降解空气中的污染物，如汽车尾气、甲醛等，且还有很强的杀菌能力。而其本身对人体无害，是一种健康环保的新型材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）涂料的主要原料来源丰富，具有较好的耐水性和粘结性；

（2）由于钛酸铋的禁带宽度较窄且易于调节，相比已有的材料能够更加有效的利用可见光，光催化降解效果大大提高，有效的处理空气污染情况。

（3）制得的涂料应用广泛，施工方便，工艺参数容易控制。

附图说明

图1为实施例1中纳米钛酸铋的xrd衍射谱图，图中衍射峰均为钛酸铋的特征衍射峰；

图2为实施例1中纳米钛酸铋及二氧化钛的固体紫外曲线；

图3为传统二氧化钛光催化剂涂料和实施例1的钛酸铋光催化剂涂料降解二氧化氮的时间-降解率关系图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

取摩尔比为6:1的氧化铋、p25于研钵中，研磨均匀。将研磨后的淡黄色粉末转移到石英舟中，600℃下煅烧1h，冷却到室温后，将得到的产物水洗烘干，制得纳米钛酸铋。

钛酸铋光催化剂涂料由以下步骤制备：将11g质量浓度为20%的乙醇酸水溶液加到30g质量分数为70%的硅酸钠水溶液中混合；取3.5g晶型为钙钛矿型且粒径为2-4μm的纳米钛酸铋和25g白炭黑加入上述混合液中，搅拌一段时间，分散均匀后；最后加入31.5g水，再以200转/分的转速搅拌25分钟直至分散均匀，即得到目标涂料。

图1为制得的纳米钛酸铋的xrd衍射谱图，图中各个位置的峰都属于钛酸铋，没有其他杂质峰出现，对比标准jcpds卡片(21-1272)，可以确定为结晶性良好的钛酸铋粉体。

图2为制得的纳米钛酸铋与二氧化钛的固体紫外曲线，与二氧化钛相比，所制备的纳米钛酸铋样品在可见光范围也有着较强的吸收能力。这说明纳米钛酸铋光催化剂可以被可见光激发，从而在可见光下能拥有较强的光催化降解有机污染物的活性。

实施例2

取摩尔比为6:1的氧化铋、p25于研钵中，研磨均匀。将研磨后的淡黄色粉末转移到石英舟中，600℃下煅烧1h，冷却到室温后，将得到的产物水洗烘干，制得纳米钛酸铋。

钛酸铋光催化剂涂料由以下步骤制备：将8g质量浓度为30%的乙醇酸水溶液加到40g质量分数为60%的硅酸钠水溶液中混合；取2g晶型为钙钛矿型且粒径为1-3μm的纳米钛酸铋和22g白炭黑加入上述混合液中，搅拌一段时间，分散均匀后；最后加入28g水，再以200转/分的转速搅拌25分钟直至分散均匀，即得到目标涂料。

实施例3

取摩尔比为6:1的氧化铋、p25于研钵中，研磨均匀。将研磨后的淡黄色粉末转移到石英舟中，600℃下煅烧1h，冷却到室温后，将得到的产物水洗烘干，制得纳米钛酸铋。

钛酸铋光催化剂涂料由以下步骤制备：将10g质量浓度为25%的乙醇酸水溶液加到35g质量分数为65%的硅酸钠水溶液中混合；取3g晶型为钙钛矿型且粒径为3-5μm的纳米钛酸铋和24g白炭黑加入上述混合液中，搅拌一段时间，分散均匀后；最后加入28g水，再以200转/分的转速搅拌25分钟直至分散均匀，即得到目标涂料。

实施例4

取摩尔比为6:1的氧化铋、p25于研钵中，研磨均匀。将研磨后的淡黄色粉末转移到石英舟中，600℃下煅烧1h，冷却到室温后，将得到的产物水洗烘干，制得纳米钛酸铋。

钛酸铋光催化剂涂料由以下步骤制备：将12g质量浓度为15%的乙醇酸水溶液加到25g质量分数为75%的硅酸钠水溶液中混合；取4g晶型为钙钛矿型且粒径为1-3μm的纳米钛酸铋和27g白炭黑加入上述混合液中，搅拌一段时间，分散均匀后；最后加入32g水，再以200转/分的转速搅拌25分钟直至分散均匀，即得到目标涂料。

实施例5

取摩尔比为6:1的氧化铋、p25于研钵中，研磨均匀。将研磨后的淡黄色粉末转移到石英舟中，600℃下煅烧1h，冷却到室温后，将得到的产物水洗烘干，制得纳米钛酸铋。

钛酸铋光催化剂涂料由以下步骤制备：将15g质量浓度为10%的乙醇酸水溶液加到20g质量分数为80%的硅酸钠水溶液中混合；取5g晶型为钙钛矿型且粒径为2-4μm的纳米钛酸铋和28g白炭黑加入上述混合液中，搅拌一段时间，分散均匀后；最后加入32g水，再以200转/分的转速搅拌25分钟直至分散均匀，即得到目标涂料。

将实施例1提供的上述涂料涂布于玻璃板上进行固化养护。

使用带有紫外滤光片（420nm）的350w氙弧灯作为可见光源，把涂膜的玻璃板放置于光催化测试箱中进行二氧化氮的降解实验，容器中二氧化氮的初始浓度为9.3mg/m³，检测器持续检测二氧化氮气体的光降解情况。由图3可知，所制备的钛酸铋光催化剂涂料在120min内对二氧化氮的降解率达到了96%。