[发明专利]磷酸铁包裹的光催化纳米二氧化钛粉末及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用于环境净化的光催化粉末及其生产方法，该粉末可用于去除臭气，去除空气中有害物质或污染物，特别是如苯，甲醛等小分子物质；该粉末同时应用于排水或水质净化，去除水中的有害物质和细菌。通过各种物理手段（如捏合或埋置或混合等）该粉末特别适合掺合到有机纤维或塑料内。

背景技术

空气污染已经成为世界各国广泛关注的环境问题,主要污染物有硫化物、氮氧化物、甲醛和苯等挥发性有机物。治理污染的方法概括有：吸附法、臭氧净化法、化学反应法、植物净化法，生化处理法和光催化降解法等。由于传统的净化方法如过滤吸附等只是将污染物转移，不能从根本上消除污染，因此开展净化空气技术的研究具有战略意义。

光催化降解法主要依靠的是光催化剂。光催化剂是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，就像植物的光合作用中的叶绿素。具体的工作原理是光催化剂纳米粒子在一定的波长的光线照射下，受激发生成空穴电子对，空穴分解催化剂表面吸附的水，产生氢氧自由基，电子使得周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化-还原作用，将光催化剂表面的各种污染物破坏，光催化可以在常温下将空气中的有机污染物氧化成无毒无害的物质，而且不会产生二次污染，对环境和人体健康没有影响。因此，光催化技术被认为是最有希望的空气污染控制技术，且具有战略性意义。

一般采用TiO₂光催化剂去除污染物，处理或是使用中存在许多困难，如用过的光催化剂很难回收；如光催化二氧化钛对构成有机制品的乳液如高分子化合物聚乙烯乙酸、丙烯酸酯、丙苯乳液等有很强的光催化降解效果，当二氧化钛捏合进纤维或塑料中，在强光催化作用下二氧化钛对纤维或塑料本身的老化。因此研究制备新型纳米TiO₂光催化粉末，隔绝光催化组分对树脂的破坏作用是一个必须解决的问题。

磷酸铁具有独特的催化特性、离子交换能力和电学性能。由于磷酸铁具有丰富的骨架结构,研究主要集中在合成具有空旷骨架结构的微孔磷酸铁材料。介孔纳米磷酸铁的研究比较晚,现在已经有一维管状、二维层状、三维纳米颗粒等形貌的磷酸铁合成的报道，但是以介孔磷酸铁作为包裹外壳的研究较少。

中国专利文献CN-1286649A（用于环境净化的光催化粉末、含有所述粉末的聚合物组合物及其定型制品和生产方法）中提出了一种包裹二氧化钛的颗粒的光催化粉末的制备方法。但是这种光催化粉末只涉及到钙盐包裹，对于一些不适合钙盐的体系，局限性必较大。

发明内容

考虑到常规生产光催化粉末的各种问题，本发明的目的之一在于提供一种应用于环境净化的磷酸铁包裹的光催化纳米二氧化钛粉末，该粉末可用于去除臭气，去除空气中有害物质或污染物，特别是如苯，甲醛等小分子物质；该粉末同时应用于排水或水质净化，去除水中的有害物质，杀灭细菌，用于流水体系。通过各种物理手段（如捏合或埋置或混合等），该粉末特别适合掺合到有机纤维或塑料内或涂料中。

本发明的目的之二在于提供一种应用于环境净化的磷酸铁包裹的光催化纳米二氧化钛粉末的生产方法。

本发明的目的之三在于提供一种其中混合有这种环境净化的光催化粉末的有机组合物。

本发明的目的之四在于提供一种其中混有这种环境净化的光催化粉末的有机组合物中聚合物定型制品，该定型制品可采用各种有机染色剂。

为实现以上的各种目的，在进行了深入的研究后我们发现，将光催化二氧化钛纳米粒子与一定的pH值下加入阴离子表面活性剂，通过有目的的沉积磷酸铁层并造孔的方法可以得到耐久性增强，选择性明确的微孔磷酸铁外壳，而此外壳可以选择性通过小分子有害气体物质，使得纳米二氧化钛的光催化功能未被削弱。当将此颗粒用物理方法负载或结合在有机聚合物介质或涂料体系中，有机介质的耐久性明显改善，基于这些我们完成了本发明。

因此本发明的功能符合了前述所有的目的要求。

本发明所述的磷酸铁包裹的二氧化钛的制备方法，包含以下步骤：

1）采用纳米二氧化钛与pH缓冲溶液相混合，后加入阴离子表面活性剂，震荡分散。阴离子表面活性剂的加入是为了加强二氧化钛与包裹层的粘合作用，和提高二氧化钛的单分散性。

2）按一定的化学计量比，将铁盐和磷酸盐溶于蒸馏水中，搅拌均匀后加入阴离子表面分散剂，超声振荡；

3）将步骤1）得到的混合溶液加入到步骤2）得到的混合溶液，用碱液调pH值至碱性，搅拌加热得凝胶；将凝胶烘干研磨后在气氛保护下，先后一定温度下热解，高温下煅烧。