本发明属于光催化涂层技术领域，涉及一种光触媒复合涂层及其制备方法。
背景技术：
大气污染物中的挥发性有机物vocs的典型物质有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(tdi)、二异氰甲苯酯等。vocs大气污染物除对人体健康直接产生危害外，排入大气中的vocs还与大气环境中的污染物氮氧化物在阳光的照射下发生光化学反应生成臭氧，造成大气环境中臭氧超标。目前vocs治理的主要工艺路线为热力燃烧法、吸收分解法、光催化氧化法、低温等离子法、生物法等，其中光催化氧化法在低浓度vocs治理中被广泛大量采用。
光催化氧化法处理vocs的技术原理是利用高能uv紫外灯光束照射废气及光催化剂，光催化剂吸收紫外光的能量形成光电子-空穴对。价带空穴可与水分子或oh-反应生成有强氧化性自由基，强氧化性自由基氧化废气中的vocs，该反应对反应物无选择性氧化，可将废气中的vocs彻底氧化为二氧化碳和水，从而使含vocs的废气得到净化。
光催化氧化技术被广泛应用，但是在实际使用中vocs去除率普遍较低，一般去除率仅为10-20％，原因是一般光触媒组件的制备方法是将光催化材料纳米二氧化钛、分散剂和粘合剂先通过溶胶-凝胶法或水热法制备成浆料，再浸渍或喷涂到催化剂载体上，但这将使光触媒易受到化学性剥离，导致光触媒组件上的光触媒散失，从而导致废气治理设备净化效率低下。
技术实现要素：
本发明提出一种光触媒复合涂层及其制备方法，解决了现有技术中vocs去除率较低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种光触媒复合涂层，按质量份数计，所述复合涂层包括：5-15份四氧化三铁，70-90份纳米二氧化钛，2-5份硝酸铈，1-2份氧化镁，1-4份硝酸钪，1-20份聚乙烯醇。
进一步地，所述复合涂层还包括6-12份附着力促进剂，附着力促进剂包括质量比为1：(0.5-1)：(1.5-2)的十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠。
进一步地，所述纳米二氧化钛粒径为25～45μm。
一种光触媒复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
a、将5-15份四氧化三铁，70-90份纳米二氧化钛，2-5份硝酸铈，1-2份氧化镁，1-4份硝酸钪，1-20份聚乙烯醇，6-12份附着力促进剂混合，研磨，造粒，得到等离子喷涂微粒；
b、将等离子喷涂微粒利用等离子喷涂方式喷涂在基体上。
进一步地，在步骤a之后步骤b之前还包括如下步骤：对基体的表面进行预处理。
进一步地，所述预处理步骤为对基体的表面进行清洗、喷砂处理。
进一步地，所述喷涂厚度为1-1.5μm。
进一步地，所述基体包括不锈钢、铝合金、镁合金或钛合金。
进一步地，在步骤b中，喷涂过程使用的气体为氩气和氢气，氩气气体流量为20～60slpm，氢气气体流量为10～30slpm。
进一步地，在步骤b中，喷涂过程中的喷涂功率为30～50kw、喷涂距离为70～100mm、喷枪移动速率为100～150mm/s，等离子喷涂微粒的用量为50g/min～150g/min。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中通过等离子喷涂工艺将掺杂改性二氧化钛喷涂到金属基体表面形成光触媒复合涂层，使得制备得到光触媒组件4min降解甲醛可达91.4％，放置1个月后再次降解4min，降解甲醛可达90.1％，提高了二氧化钛的催化活性，增加了二氧化钛附着于基体的牢固程度，进而增强了治理大气vocs污染物的光催化氧化设备的净化效率和耐用性，降低了排污企业的废气治理成本。
2、本发明中复合涂层中采用硝酸铈、氧化镁、四氧化三铁、硝酸钪复配掺杂二氧化钛，显著提高了二氧化钛的催化活性，使得制备得到光触媒组件4min降解甲醛可达91.4％，通过对二氧化钛的表面掺杂改性，降低了二氧化钛的禁带宽度，增强了二氧化钛对可见光的吸收能力，提高了二氧化钛的催化活性，避免了过多的元素掺杂二氧化钛，在二氧化钛内部引入缺陷的现象。
3、本发明中通过对附着力促进剂的搭配设计，增加了二氧化钛附着于基体的牢固程度，放置1个月后再次降解4min，降解甲醛可达90.5％，其中十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠三者相互配伍，不仅帮助二氧化钛更牢固的附着于基体，还提高了二氧化钛的催化活性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明中偶氮聚氨酯由偶氮间苯二酚磺酸盐和二苯甲烷二异氰酸酯缩聚而成；具体为将1.004g(0.0032mol)偶氮间苯二酚磺酸钠、19.7mldmf加入到三颈瓶中，升温70-80℃搅拌使偶氮间苯二酚磺酸钠溶解，氮气保护下加入1.1981g(0.0048mol)mdi，控温80℃进行反应得到。本发明所用二氧化钛为锐钛矿晶形，粒径为25～45μm。
实施例1
一种光触媒复合涂层，按质量份数计，所述复合涂层包括：5份四氧化三铁，90份纳米二氧化钛，2份硝酸铈，2份氧化镁，1份硝酸钪，20份聚乙烯醇，6份附着力促进剂，附着力促进剂包括质量比为1：1：1.5的十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠。
上述光触媒复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
a、按照上述质量份数称取各组分，研磨，造粒，得到等离子喷涂微粒；
b、对基体的表面进行清洗、喷砂处理；将等离子喷涂微粒利用等离子体喷涂设备喷涂在基体上，喷涂时基体温度为100℃，形成光触媒复合涂层，所得含有光触媒复合涂层的基体即为光触媒组件；涂层厚度为1μm；基体为不锈钢丝网。
等离子体喷涂过程使用的气体为氩气和氢气，氩气气体流量为20slpm，氢气气体流量为30slpm；喷涂功率为30kw、喷涂距离为100mm、喷枪移动速率为100mm/s，等离子喷涂微粒的用量为150g/min。
实施例2
一种光触媒复合涂层，按质量份数计，所述复合涂层包括：15份四氧化三铁，70份纳米二氧化钛，5份硝酸铈，1份氧化镁，4份硝酸钪，1份聚乙烯醇，12份附着力促进剂，附着力促进剂包括质量比为1：0.5：2的十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠。
上述光触媒复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
a、按照上述质量份数称取各组分，研磨，造粒，得到等离子喷涂微粒；
b、对基体的表面进行清洗、喷砂处理；将等离子喷涂微粒利用等离子体喷涂设备喷涂在基体上，形成光触媒复合涂层；涂层厚度为1.5μm；基体为铝合金。
等离子体喷涂过程使用的气体为氩气和氢气，氩气气体流量为60slpm，氢气气体流量为10slpm；喷涂功率为50kw、喷涂距离为70mm、喷枪移动速率为150mm/s，等离子喷涂微粒的用量为50g/min。
实施例3
一种光触媒复合涂层，按质量份数计，所述复合涂层包括：10份四氧化三铁，80份纳米二氧化钛，3份硝酸铈，1.5份氧化镁，2份硝酸钪，10份聚乙烯醇，8份附着力促进剂，附着力促进剂包括质量比为1：0.8：1.8的十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠。
上述光触媒复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
a、按照上述质量份数称取各组分，研磨，造粒，得到等离子喷涂微粒；
b、对基体的表面进行清洗、喷砂处理；将等离子喷涂微粒利用等离子体喷涂设备喷涂在基体上，形成光触媒复合涂层；涂层厚度为1.2μm；基体为镁合金。
等离子体喷涂过程使用的气体为氩气和氢气，氩气气体流量为40slpm，氢气气体流量为20slpm；喷涂功率为40kw、喷涂距离为80mm、喷枪移动速率为120mm/s，等离子喷涂微粒的用量为100g/min。
实施例4
一种光触媒复合涂层，按质量份数计，所述复合涂层包括：8份四氧化三铁，75份纳米二氧化钛，4份硝酸铈，1.2份氧化镁，2份硝酸钪，12份聚乙烯醇，10份附着力促进剂，附着力促进剂包括质量比为1：0.6：1.6的十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠。
上述光触媒复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
a、按照上述质量份数称取各组分，研磨，造粒，得到等离子喷涂微粒；
b、对基体的表面进行清洗、喷砂处理；将等离子喷涂微粒利用等离子体喷涂设备喷涂在基体上，形成光触媒复合涂层；涂层厚度为1.3μm；基体为钛合金。
等离子体喷涂过程使用的气体为氩气和氢气，氩气气体流量为40slpm，氢气气体流量为25slpm；喷涂功率为35kw、喷涂距离为90mm、喷枪移动速率为120mm/s，等离子喷涂微粒的用量为120g/min。
实施例5
一种光触媒复合涂层，按质量份数计，所述复合涂层包括：12份四氧化三铁，78份纳米二氧化钛，3.5份硝酸铈，1份氧化镁，1份硝酸钪，1份聚乙烯醇，6份附着力促进剂，附着力促进剂包括质量比为1：0.5：1.5的十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠。
上述光触媒复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
a、将按照上述质量份数称取各组分，研磨，造粒，得到等离子喷涂微粒；
b、对基体的表面进行清洗、喷砂处理；将等离子喷涂微粒利用等离子体喷涂设备喷涂在基体上，形成光触媒复合涂层；涂层厚度为1μm；基体为不锈钢。
等离子体喷涂过程使用的气体为氩气和氢气，氩气气体流量为20slpm，氢气气体流量为10slpm；喷涂功率为30kw、喷涂距离为70mm、喷枪移动速率为100mm/s，等离子喷涂微粒的用量为50g/min。
实施例6
一种光触媒复合涂层，按质量份数计，所述复合涂层包括：15份四氧化三铁，70份纳米二氧化钛，5份硝酸铈，2份氧化镁，4份硝酸钪，20份聚乙烯醇，12份附着力促进剂，附着力促进剂包括质量比为1：1：2的十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠。
上述光触媒复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
a、将按照上述质量份数称取各组分，研磨，造粒，得到等离子喷涂微粒；
b、对基体的表面进行清洗、喷砂处理；将等离子喷涂微粒利用等离子体喷涂设备喷涂在基体上，形成光触媒复合涂层；涂层厚度为1.5μm；基体为铝合金。
等离子体喷涂过程使用的气体为氩气和氢气，氩气气体流量为60slpm，氢气气体流量为30slpm；喷涂功率为50kw、喷涂距离为100mm、喷枪移动速率为150mm/s，等离子喷涂微粒的用量为5150g/min。
对比例1
与实施例1相比，区别仅在于附着力促进剂的组成，附着力促进剂不包括十二烷基磷酸酯。
对比例2
与实施例1相比，区别仅在于附着力促进剂的组成，附着力促进剂不包括偶氮聚氨酯。
对比例3
与实施例1相比，区别仅在于附着力促进剂的组成，附着力促进剂不包括偶氮聚氨酯和十二烷基磷酸酯。
对比例4
与实施例1相比，区别仅在于复合涂层不包括硝酸铈。
对比例5
与实施例1相比，区别仅在于复合涂层不包括硝酸钪。
对比例6
与实施例1相比，区别仅在于复合涂层不包括硝酸铈和硝酸钪。
应用试验
将实施例1-6和对比例1-6所制备得到的光触媒组件放置在密闭的透明反应容器中，将甲醛气体通入透明反应容器中，使其浓度达到1mg/m3(为gb/t1883-2002《室内空气质量标准》要求中室内甲醛浓度的10倍)，待反应容器内气体混合均匀后，置于15w紫外线灯条件下进行降解；置于15w紫外线灯条件下1个月后再次放入甲醛浓度为1mg/m3的透明反应容器中进行4min降解。采用gb/t18204.26-2000《公共场所空气中甲醛的测定方法》中酚试剂分光光度法测定样品中的甲醛，按下式计算其降解率η：
η＝(c0-c)/c0
式中c0和c分别为溶液的初始浓度和降解后的浓度。随着室外降解时间的不同，依上式可得出复合涂层对甲醛的降解情况和降解率。降解情况如下表1所示，
表1复合涂层对甲醛的降解情况
由上表1可知，本发明中实施例1复合涂层中附着力促进剂采用十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠复配，制备得到光触媒组件4min降解甲醛可达91.4％，放置1个月后再次降解4min，降解甲醛可达90.1％，而对比例1单独采用偶氮聚氨酯、硅酸钠复配，对比例3单独采用十二烷基磷酸酯、硅酸钠复配，对比例3单独采用硅酸钠，制备得到光触媒组件降解甲醛的效率均不如实施例1，可见本发明复合涂层中附着力促进剂采用十二烷基磷酸酯、偶氮聚氨酯、硅酸钠复配，提高了掺杂改性二氧化钛对于基体的附着力，同时还提高了二氧化钛的降解效率，即提高了催化活性。
实施例1复合涂层采用硝酸铈、氧化镁、四氧化三铁、硝酸钪复配掺杂二氧化钛，制备得到光触媒组件4min降解甲醛可达91.4％，放置1个月后再次降解4min，降解甲醛可达90.1％，而对比例4中单独采用氧化镁、四氧化三铁、硝酸钪复配掺杂二氧化钛，对比例5中单独采用硝酸铈、氧化镁、四氧化三铁复配掺杂二氧化钛，对比例6单独采用氧化镁、四氧化三铁复配掺杂二氧化钛，制备得到的光触媒组件均不如实施例1，可见本发明复合涂层中采用硝酸铈、氧化镁、四氧化三铁、硝酸钪复配掺杂二氧化钛，显著提高了二氧化钛的催化活性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。