[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及光催化环境净化及隔热涂料领域。

背景技术

二氧化钛化学性能稳定、无毒害作用、具有高折射率(n＝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剂。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匀并加热。

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℃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10-50μm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100mg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，就可实现均匀、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。

附图说明

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；