专利名称：一种具有抗菌和隔热功能的复合粉体及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及光催化环境净化及隔热涂料领域。
技术背景
二氧化钛化学性能稳定、无毒害作用、具有高折射率(η = 2. 4)，因而广泛应用 于涂料、油墨、造纸、塑料、橡胶、人造纤维、电焊条、搪瓷、电器、建材等行业。自1972年 Fujishima和Hondav发现二氧化钛光催化特性以来，以二氧化钛为代表的光催化环保材料 得到广泛的研究。纳米二氧化钛光催化剂以其光活性好、光催化效率高、无毒、氧化能力强 而在光催化领域显示出广阔的应用前景。这种光催化剂可使溶于水中的有害化学物质无害 化；用在室内空气污染防治中，可以消除甲醛、氨等污染，降低挥发性有机化合物浓度。锐钛 矿型二氧化钛禁带宽度为3. 2eV,故其光吸收波长阙值在紫外区(λ ^ 387nm)，因而可利用 太阳光能的比例低(仅占入射太阳光总能量的3%-5%)。因此，对二氧化钛进行改性，从 而降低半导体禁带宽度，实现对可见光的有效利用，是提高二氧化钛光催化效率、扩大其实 际应用范围的重要途径。常用的改性办法是在二氧化钛纳米晶中掺杂某些元素(如铁)。 此外，纳米光催化剂易发生团聚，从而降低光催化活性，因此提高纳米光催化剂的分散性在 实际应用中也具有重要意义。空心玻璃微珠具有质量轻、密度小、绝热性能好的特点，是保温隔热材料的填充 齐U。将改性二氧化钛纳米晶与空心玻璃微珠结合，形成新型复合材料，一方面将大大提高二 氧化钛纳米晶光催化剂在液相中的分散性，另一方面该复合粉体不仅有可能综合空心玻璃 微珠与铁掺杂纳米二氧化钛的优点，同时还有望利用协同效应引入新的物化特性，拓展纳 米材料的应用领域。
发明内容
本发明提出一种多功能复合粉体的制备工艺，该复合粉体是由空心玻璃微珠和负 载于其表面的一层具有介孔结构的铁掺杂纳米二氧化钛组成。目的是结合空心玻璃微珠和 改性纳米二氧化钛的优点，获得功能优良的新型复合材料，并开发其在光催化杀菌以及隔 热保温涂料领域的应用。本发明采用金属盐热水体系下的共水解沉淀法制备多功能复合粉体，具体步骤包 括1.称取适量的空心玻璃微珠、水和作为稳定剂的十二烷基硫酸钠，置于烧杯中搅 拌使之混合均勻并加热。2.称取适量的钛盐和铁盐，溶于蒸馏水配成水溶液，同时配制一定浓度的氢氧化 钠水溶液，用来中和水解反应过程中产生的氢离子。然后将钛盐和铁盐的水溶液逐滴滴入 到上述步骤1中的混合液中，同时以合适的速度滴加氢氧化钠水溶液。3.反应完成后，得到的混合液经分离、洗涤、干燥，最后产物置于坩埚中，在马弗炉 中于300-700°C焙烧，得到淡黄色粉体。
X射线衍射及扫描电镜测试表明，该粉体由尺寸10-50 μ m的球状颗粒组成，颗粒 结构为铁掺杂的锐钛矿型二氧化钛纳米晶密集覆盖于空心玻璃微珠表面形成一层膜，二氧 化钛纳米晶尺寸为5-50nm，膜层厚度为50-500nm。以300瓦的卤光灯(加滤光片将波长< 420nm的光滤掉)为可见光源，进行可见 光光催化实验。取IOOmg复合粉体(二氧化钛纳米晶重量约占20%)，分散于50mL，10_5M 的甲基橙水溶液中。在可见光照射下，间隔一定时间取样，用紫外-可见吸收谱探测甲基橙 最强吸收峰强度变化情况，以此来表征甲基橙在反应不同时间的降解率。结果表明，甲基橙 降解率随可见光辐照时间延长而增大；经过7小时的辐照，甲基橙降解率接近40%。复合 粉体添加剂能悬浮于水体系中，并易于与水体系分离，有利于回收。
用紫外可见漫反射谱表征光反射特性，结果表明本发明的复合粉体对近红外波段 的辐射具有很高的反射率。将复合粉体与市售的普通外墙涂料按一定比例进行混合，只需 经过低速搅拌，就可实现均勻、稳定分散；添加了复合粉体的外墙涂料其光反射率(尤其在 红外波段)有显著的提高。根据对比试验，复合粉体添加剂在涂料中的添加重量比为15% 时，涂料的光反射效果最佳，500nm-1500nm波段(该波段覆盖太阳光的主要能量区间)的平 均光反射率高于85%。本发明的空心玻璃微珠负载、具有介孔结构的铁掺杂纳米二氧化钛复合粉体，制 备方法简便、原料廉价，有良好的可见光光催化活性和近红外光反射特性，具有防污、防臭、 抗菌(杀菌)的功能，可用于有机污染物的降解；外墙涂料中加入适量的复合粉体，对入射 太阳光中的红外光反射率高，可以起到隔热保温作用。
图1为实例1复合粉体扫描电镜形貌像(a)多个颗粒，(b)单个颗粒，(C)单个颗 粒表面高倍像；图2为实例1复合粉体加入甲基橙溶液的可见光降解实验中，辐照不同时间后的 紫外_可见吸收谱；图3为实例1复合粉体的紫外_可见漫反射谱；图4为实例1复合粉体按不同重量比加入外墙涂料，并在玻璃基片上涂布形成漆 膜后，漆膜的可见-近红外波段光反射曲线。
具体实施例方式实例1 将1. Og玻璃微珠、40mL蒸馏水混合于烧杯中，加入4mL IM的十二烷基硫 酸钠，在60°C温度下滴加40ml 0. 2M的硫酸钛与0. OlM的硝酸铁的混合溶液，同时用0. 5M 的氢氧化钠水溶液平衡上述溶液，使PH值在4-6之间；此过程中，溶液体系始终处于磁力搅 拌状态。滴加完后，经抽滤、160°C干燥5小时，而后在700°C煅烧5小时，得到淡黄色粉体。实例2 将1. Og玻璃微珠、40mL蒸馏水混合于烧杯中，加入4mL IM的十二烷基硫 酸钠；另在40mL 1. 5M的盐酸溶液中加入氯化钛与氯化铁，使氯化钛和氯化铁的浓度分别 为0. 2M和0. 01M，而后在60°C温度下，将该混合溶液逐滴加入上述烧杯中，同时用0. 5M的 氢氧化钠水溶液平衡溶液酸碱度，使PH值在4-6之间，此过程中，溶液体系始终处于磁力搅 拌状态。滴加完毕后，经抽滤、160°C干燥5小时，而后在700°C煅烧5小时，得到淡黄色粉体。 实例3 将1. Og玻璃微珠、40mL蒸馏水混合于烧杯中，加入4mL IM的十二烷基硫 酸钠；另在40mL 1. 5M的盐酸溶液中加入氟化钛与硫酸铁，使氯化钛和硫酸铁的浓度分别 为0. 2M和0. 01M，而后在60°C温度下，将该混合溶液逐滴加入上述烧杯中，同时用0. 5M的 氢氧化钠水溶液平衡溶液酸碱度，使PH值在4-6之间，此过程中，溶液体系始终处于磁力搅 拌状态。滴加完毕后，经抽滤、16 0°C干燥5小时，而后在700°C煅烧5小时，得到淡黄色粉 体。
权利要求
具有抗菌和隔热功能的复合粉体，其特征为微米级的空心玻璃微珠表面包覆一层介孔结构、铁掺杂的锐钛矿型纳米二氧化钛，其中铁钛摩尔比为0～0.1，二氧化钛与空心玻璃微珠质量比为0.1～2.0。
2.如权利要求1所述的复合粉体，其特征为所述的空心玻璃微珠为硅铝酸盐或硼铝酸盐。
3.—种权利要求1的复合粉体的制备方法，其特征在于采用热水体系下金属盐共水 解沉淀法制备，并经过高温热处理。
4.如权利要求3所述的制备技术，其特征在于将空心玻璃微珠分散于水中，并加热到 60-100°C ；而后将配制好的铁盐和钛盐的水溶液滴加到上述玻璃微珠_水体系中，经过反应 形成沉淀；沉淀产物经过滤、洗涤、烘干，最后在300-700°C之间热处理0. 5-5小时。
5.如权利要求4所述的制备技术，其特征在于所述的铁盐为硝酸铁或硫酸铁或氯化 铁；所述的钛盐为硫酸钛或氟化钛或氯化钛或溴化钛。
6.一种权利要求1所述的复合粉体应用于光催化杀菌及墙体隔热涂料。
全文摘要
本发明涉及一种具有抗菌和隔热功能的复合粉体及制备方法，提出一种制备空心玻璃微珠负载的、具有介孔结构的铁掺杂纳米二氧化钛复合粉体的技术。将该复合粉体按一定比例分散于水中，在可见光照射下对有机污染物有良好光降解作用；将该复合粉体按一定比例分散于水性外墙漆中，可以显著提高外墙漆对红外光的反射率。该发明产物抗菌和隔热性能优越，应用前景好，制备条件简便、原料廉价，适于工业化生产。
文档编号B01J21/06GK101857390SQ200910111440
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者崔丽凤, 张喜强, 彭冬华, 牛牧童, 王元生, 陈国新 申请人:中国科学院福建物质结构研究所;三棵树涂料股份有限公司