一种基于静电吸附和光触媒的窗纱的制作方法_2

文档序号:9542904阅读:来源:国知局
气中的不带电荷的尘埃,在通过窗纱时会因感应而产生电荷,同种电荷相斥、异种电荷相吸,从而被导电纱网所吸附;室外空气中的带正电荷的粒子,在通过窗纱时,首先被外层带正电荷的导电纱网所排斥,即使粒子动能较大,能克服斥力,也会被内层带负电荷的导电纱网所吸附。当空气从室内流向室外时也同样存在同性相斥、异性相吸的现象。
[0024]光触媒的作用机理是:在光照下,光子的能量大于半导体禁带宽度,其价带上的电子(e )就会被激发到导带上,同时在价带上产生空穴00,激发态的导带电子和价带空穴又能重新合并,并产生热能或其他形式散发掉。当光触媒催化剂存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时,电子和空穴的复合得到抑制,就会在光触媒催化剂表面发生氧化-还原反应。价带空穴是良好的氧化剂,导带电子是良好的还原剂,在半导体光催化反应中,一般与表面吸附的H20、02反应,生成氧化性很活泼的羟基自由基(.0Η)和超氧离子自由基(O2 ),能够把各种有机物直接氧化成C02、H2O等无机小分子,而且因为他们的氧化能力强,一般不停留在中间步骤,不产生中间产物,光触媒本身也不会被消耗。
[0025]由于半导体的光吸收阈值与带隙宽具有如下关系:
Ag(nm)=1240/Eg(ev)
Ti0;^9带隙宽E g=3.2eV,通过计算可知,能够激发1102进行光催化的光主要为波长小于或等于387.5nm的紫外光,而紫外光在太阳光中只占5%左右,所以太阳光利用效率低。
[0026]根据理论研究与实验,光触媒的作用机理具有以下特征:第一,光触媒光催化反应中生成的活性羟基[.0H]具有402.8mJ/mol的反应能,高于有机物中如C一C、N— H、C一N、C一H、H— 0、C-O等化学键的键能,会导致大多数有机物在不同程度上发生光催化分解反应;第二,光触媒的催化反应必须在纳米光触媒微粒的表面进行;第三,单纯的二氧化钛光触媒只有在紫外线(λ〈388ηπι)照射时才具有光催化效应。
[0027]基于第一条,以光触媒粉体与普通的有机黏合剂等配置溶液,通过浸渍或喷涂附着到窗纱上,光触媒会导致这些黏合剂分解,进而产生粉化,并导致光触媒脱落,影响光触媒的性能。为此,本发明采用静电喷粉黏合、交联及接枝方法将纳米光触媒包覆到纱网基体表面,具体方法见下文技术方案与实施例。
[0028]基于第二条,光触媒微粒若被添加剂,不管是有机的还是无机的添加剂包裹,必然降低光触媒的性能。为此,本发明采用静电喷粉黏合、交联及接枝方法将纳米光触媒包覆到纱网基体表面,具体方法见下文技术方案与实施例。
[0029]基于第三条,为了拓宽光触媒的频谱,本发明采用离子掺杂、原子掺杂、复合半导、离子注入与等离子体处理、光敏化和螯合其他催化材料等方法,提高光触媒对可见光,甚至是红外光的吸收能力。
[0030]本发明中,静电喷粉黏合的方法一一本发明的光触媒窗纱采用静电喷粉黏合的具体工艺为:光触媒粉体配置与处理?窗纱基体处理?基体喷胶/浸渍黏合剂?网眼疏通和初步烘干?光触媒粉体静电喷涂?最终烘干,即得成卷窗纱成品,卷材窗纱再按纱窗窗框的尺寸进行裁剪、安装和测试,即为最终终端用户的纱窗,见附图2、附图3。其中:光触媒粉体配置与处理包括光触媒粉体的配置、混合、研磨与气流粉碎,制成的粉体供静电喷涂;窗纱基体处理包括品质检测、除尘和接入烘干喷涂箱内;基体喷胶/浸渍黏合剂在纱网基体上包覆黏合剂;网眼疏通和初步烘干是利用中温(60-80°C)气流垂直吹向纱网,清除网眼中的胶,避免网眼堵塞,并同时初步烘干黏合剂或促进黏合剂初步固化,使纱网上的黏合剂均匀、有粘合力,但不会流淌;光触媒粉体静电喷涂是靠静电粉末喷枪喷出来的粉体,在分散的同时使粉末粒子带负电荷,带电荷的粉末粒子受气流和静电引力的作用,涂着到与正极相连的涂胶纱网上;最终烘干是对包覆有光触媒粉体的窗纱进行最终烘干。
[0031]交联的方法一一是利用偶联剂作为中间载体连接光触媒粉体与基层。KH-570是一种具有烯烃双键且性能优良的偶联剂,其与硅原子连接的烷氧基可与光触媒1102表面吸附羟基反应生成Si—O— Ti共价键,牢固地结合在光触媒1102的表面,并且一个光触媒T1 2可以结合很多个KH-570分子。
[0032]接枝的方法一一以氢提取紫外线接枝法为主,是一种比较常用的有机物基材辐照接枝方法。本发明选用二苯甲酮为光引发剂,与织物接触时,其在紫外线作用下可被激发到单线态S,而后迅速窜跃到三线态T,并夺取织物表面无定形区分子长链上的氢。其自身羰基夺取氢后被还原成羟基,同时在织物的表面产生一个表面自由基。该表面自由基即可与结合在光触媒T12上的KH-570的双键反应,将光触媒接枝到织物的表面。该接枝方法中,光触媒颗粒以隔离接枝的方式接枝到纤维表面,避免了光触媒对织物的直接接触,可以在很大程度上减少光触媒对织物的损伤。
[0033]上述静电喷粉黏合、交联、接枝的三种附着方法,需根据产品定位(包括使用寿命、销售价格等)和纱网特性选择其中一种,或者交联与接枝相结合的方法。
[0034]本发明中光触媒改性的目的是扩大可见光响应、抑制光生电子与空穴复合、提高表面氢氧自由基含量,本发明光触媒改性的技术方案如下:
离子掺杂的方法——包括阳离子掺杂和阴离子掺杂。一方面离子掺杂可以改变T12的能级结构;另一方面掺杂使电子和空穴分离,延长了电子和空穴的寿命,使单位时间单位体积的光生电子和空穴的数量增多。金属离子掺杂是将一定量的金属离子引入到T12晶格中,形成活性“小岛”,通过捕获电子或空穴,以及抑制电子-空穴对的复合速率影响T12的光催化活性,主要是过渡金属离子如w6+、V5+、Cr6Mo5+, Ce4+、Pb' La' Fe3+等。第二过渡系列的金属离子比第一过渡系列的金属离子的掺杂作用要好,光催化性能更高,二六副族的金属离子也能同样起到很好的提高光催化活性的作用。阴离子掺杂主要有S2、O2、P3、F、C4、N3。本发明利用金属离子和非金属离子的协调效应,优选一种或多种金属离子和非金属离子共同掺杂。
[0035]复合半导的方法一一复合的方式包括简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。通过半导体的耦合可提高系统的电荷分离效率,扩展光谱响应的范围,提高光触媒的活性。其中,简单组合有纳米T12和纳米ZnO按一定6-8:4-2的比例混合;锐钛矿T1 2和金红石T12的混晶组合中,锐钛矿晶体表面生长了薄的金红石结晶层,由于晶体结构的不同,能有效地促进锐钦矿晶体中光生电子和空穴的电荷分离(混晶效应),具有较高的催化活性;T12 耦合半导体主要有 CdS-T1 2、WO3-T12^ SnO2-T12^ ZrO2-T1jP V 205_Ti02,103_1102的最佳掺量为3%,并具有较好的可见光活性。
[0036]离子注入与等离子体处理的方法——离子注入法是通过高能金属离子轰击T12来实现的。通过高压加速注入的过渡金属离子如V、Cr、Mn、Fe、Ni可不同程度的向可见光区域移动。红移的程度依赖于注入的金属离子的种类和数量,对不同的金属离子红移的顺序为:V > Cr > Fe > Mn > Ni ;而对同种金属离子红移的量随注入离子含量的增加而增加。这种红移允许打02能够有效利用太阳能,其利用率可达20%-30%。
[0037]表面光敏化的方法一一光敏化是通过添加光活性敏化剂,包括一些贵金属化的复合化合物(如Ag、Pt、Pd、Au、Ru的氯化物)、钌吡啶类络合物,及各种有机染料等,使其以物理或化学特性吸附于T12的表面,这些物质在可见光下具有较大的激发因子,在可见光照射下,吸附态光活性分子吸收光子后,被激发产生自由电子,然后激发态光活性分子将电子
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