一种纳米光触媒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及空气净化技术领域，更具体地说，它设及一种纳米光触媒及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 如今，建筑行业快速发展，促进了建材的消耗，但新装修的住宅、商用楼W及刚出 厂的汽车等，装修材料、室内墙面、家具、窗帘、办公桌和车饰等均会带来甲醒、苯系物或 TVPC等化学污染，对人体呼吸系统、造血系统W及免疫系统等造成不可逆转的严重伤害。另 一方面，由于环境污染日趋严重，汽车尾气、PM2.5微粒物等都会对人体内脏造成严重危害， 因此，人们越来越关注室内外的空气质量。光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料，是目前 国际上最安全和最洁净的环境净化材料，主要由Ti化、ZnOW及Si化等材料作为触媒，涂布或 喷射于基材表面，干燥后形成薄膜，在紫外光的催化作用下，产生强烈的催化降解作用，可 有效地降解所接触基材上的有毒有害气体，还可W达到99.99%杀菌效果，同时，还具有除 臭和抗污等功能。
[0003] 光触媒在波长小于388nm的紫外光作用下，激发物质表面电子，连续发生能级跃 迁，使得电子飞出，形成具有超强氧化能力的空穴和具有超强还原能力的电子。而空穴/电 子对与表面和空气中的水发生反应后，产生活性氧[0巧日氨氧自由基阳0]等活性物质。反应 过程如下： Ti〇2+光能化V)一电子(e-)+正穴化+); 正穴化+) +水分子化2〇) ^〇H+H+; 电子(0+氧他活性氧他^)。
[0004] 申请公布号为CN103752298A、申请公布日为2014年4月30日的中国专利公开了一 种纳米级光触媒及其制备方法，包括二氧化铁、分散剂、稳定剂、无机胶、表面活性剂和去离 子水;其制备方法包括如下步骤:a)将破碎和研磨后的二氧化铁、分散剂、无机胶和表面活 性剂充分混合;b)用纳米液体制备装置将混合液粉碎至纳米级造粒后进行般烧;C )对般烧 后的颗粒进行二次破碎和研磨后，制取纳米级分散液;d)最后加入稳定剂形成纳米级光触 媒。
[0005] 对比文件中，通过物理手段将二氧化铁进行研磨破碎，使其达到纳米级别，然而， 通过该法所获得的纳米二氧化铁，其粒径较大，导致其比表面积较小。二氧化铁在紫外光的 催化下，通过其表面对其粘附的有害物质进行净化，因此，当使用同样的用量，二氧化铁粒 径较大的光触媒的净化效果较弱；而光触媒只有在与基材直接接触时，才可与微生物颗粒 W及有害气体产生氧化分解作用，而粒径较大的纳米二氧化铁，在喷涂于基材上时，与无机 胶接触的面积较小，从而无法牢固地粘附在基材上，从而导致光触媒对基材的净化效率低。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种纳米光触媒，增加了纳 米光触媒的比表面积，具有高效净化有害物的作用。
[0007] 为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案： 一种纳米光触媒，包括下列重量份数的组分： 纳米二氧化铁30-35份； 纳米微晶纤维素胶体(纳米微晶纤维素为2-3.5wt/%)5-10份； 胶粘剂2-6份； 铁酸醋硅烷偶联剂1-3份； 阴离子表面活性剂1-3份； 分散剂5-10份； 去离子水80-85份； 所述纳米二氧化铁为多孔锐铁矿型纳米二氧化铁，所述纳米二氧化铁的粒径为3-5nm， 所述纳米微晶纤维素胶体中纳米微晶纤维素呈网状结构。
[0008] 本申请中所采用的多孔锐铁矿型纳米二氧化铁的粒径小，在3-5nm的范围内，增大 了其比表面积，与比表面积小的纳米二氧化铁相比较而言，通过胶粘剂等的连接，等量的本 申请中采用的多孔锐铁矿型纳米二氧化铁，其与基材的直接接触面积更大;且其具有多孔 结构，与基材直接接触的面积增大，从而增加了对基材上的有害物质净化的有效面积，使得 净化效果更好。
[0009] 同时，本申请中采用的纳米微晶纤维素胶体为自制，呈均一稳定状态，纳米微晶纤 维素在SEM中观察呈Ξ维网状交联结构，强大的吸附功能可将纳米二氧化铁吸附至其表面， 当本申请涂覆至基材上时，纳米二氧化铁会与基材直接接触，此外，在纳米微晶纤维素与分 布于基材外部时，也会将大量纳米二氧化铁与基材接触，从而增加了纳米二氧化铁与基材 的直接接触面积;纳米微晶纤维素的表面带有大量径基，极易吸附水分，当本申请涂覆于基 材表面，干燥后，纳米微晶纤维素带有的大量径基会吸附空气中的水分，再将水分提供给与 径基相接触的被吸附于纳米微晶纤维素上的纳米二氧化铁，为其净化作用提供水分，从而 促使其进行净化作用；纳米微晶纤维素表面带负电荷，与阴离子表面活性剂所带的电荷相 同，且纳米微晶纤维素表面还携带有纳米二氧化铁，使得纳米微晶纤维素和纳米二氧化铁 在水相体系中保持分散平衡，使得形成的乳液状混合物可保持稳定均一的分散状态。
[0010] 另一方面，铁酸醋硅烷偶联剂柔软的长碳键烧控基，会与胶粘剂和呈网状结构的 纳米微晶纤维素发生缠绕，使胶粘剂与纳米微晶纤维素之间的胶粘作用更好，从而纳米微 晶纤维素与基材之间的结合作用更好;且纳米二氧化铁与纳米微晶纤维素之间受到铁酸醋 硅烷偶联剂长链的缠绕作用，使得纳米二氧化铁与纳米微晶纤维素之间的结合作用更加 好。因此，当本申请涂覆于基材上时，在铁酸醋硅烷偶联剂与胶粘剂的共同作用下形成膜 状，增强了纳米二氧化铁和纳米微晶纤维素对基材的粘合效果。
[0011] 进一步优选为:所述纳米微晶纤维素的直径为6-lOnm且长度为100-200nm。
[0012] 从颗粒大小比较，纳米微晶纤维素的直径为6-lOnm，大于纳米二氧化铁的粒径(粒 径为3-5nm)，纳米二氧化铁通过径基与纳米微晶纤维素亲和，排列在其外表面。且纳米微晶 纤维素为网状结构，可携带二氧化铁的总表面积较大，当本申请涂覆于基材表面时，增加二 氧化铁与基材直接接触的面积，因此，能明显提高其净化空气的能力。
[0013] 进一步优选为:所述胶粘剂优选为环氧树脂。
[0014] 本申请中，采用的胶粘剂选择为环氧树脂，环氧树脂上带有伸径基W及环氧基，径 基为亲水基团，易于纳米微晶纤维素结合，而环氧基与伸径基同为极性基团，与基材可产生 良好的附着力。同时，纳米微晶纤维素上带有大量的亲水基团，而环氧树脂中带有疏水基 团，两者结合之后，使树脂类的胶粘剂具有疏水性的同时还具有一定的水溶性。
[0015] 进一步优选为:所述阴离子表面活性剂优选为十二烷基硫酸钢。
[0016] 由于在纳米微晶纤维素胶体中，纳米微晶纤维素表面带有负电荷，本申请中采用 阴离子表面活性剂，在液态中游离处负电荷，使整个体系保持稳定，不易产生絮状沉淀，也 不易出现分层的现象。
[0017] 本申请采用阴离子表面活性剂，其能分散纳米微晶纤维素;而采用十二烷基硫酸 钢还能与纳米微晶纤维素带有的负电荷互相兼容，使整个体系保持均一稳定，不出现絮状 沉淀或分层的现象。
[001引进一步优选为:所述分散剂优选为聚乙二醇200。
[0019] 本申请采用分散剂，可分散纳米二氧化铁;而采用聚乙二醇200还能与水相、纳米 微晶纤维素和纳米二氧化铁相互亲和，从而可促使纳米微晶纤维素和纳米二氧化铁相互亲 和并均匀分散于水相中。且在本申请在涂覆基材后，聚乙二醇200中所含的大量醇径基会延 伸至空气中，与空气中的水分亲和，为纳米二氧化铁净化有害物质过程提供所需的水分。
[0020] 进一步优选为:还包括成核剂，所述成核剂优选为松香酸盐，所述松香酸盐的重量 份数为0.1-0.3份。
[0021] 本申请中采用成核剂，可使纳米二氧化铁W及纳米微晶纤维素的结晶结构产生修 饰。由于纳米微晶纤维素通过化学降解法制备获得，其表面可能存在不规则且不平滑的情 况，且纳米二氧化铁表面也并非完全呈光滑，当可见光照射时，在两相界面发生双折射，不 能直接透过，从而使得纳米微晶纤维素胶体呈现略微乳白色，而不是透明状。而采用松香酸 盐可在水相中形成良好的分散效果，对分散在水相中的纳米微晶纤维素 W及纳米二氧化铁 表面不平整处进行均匀的修整，增加纳米二氧化铁与其接触的紧密程度;且使纳米微晶纤 维素和纳米二氧化铁表面变得光滑，可见光可直接穿透，从而使胶体呈现透明状态，本申请 涂覆于基材表面时，不影响其原本的色泽，从而保持了原有的美观。
[0022] 进一步优选为:还包括吊兰提取液和芦苔提取液，所述吊兰提取液为3-5份，所述 芦苔提取液为1-3份。
[0023] 本申请采用吊兰和芦苔提取液，可与纳米二氧化铁和纳米微晶纤维素相互亲和， 并包覆于两者外表面，对空气中的有害气体进行吸收并净化，与纳米二氧化铁的净化产生 协同作用，从而有效提高了对有害物质的净化效率。
[0024] 本发明的目的二在于提供一种纳米光触媒的制备方法。
[0025] 本发