[发明专利]光触媒纳米TiO2水溶胶制备方法及该方法得到的水溶胶及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，具体涉及光触媒纳米TiO2水溶胶制备方法及该方法得到的水溶胶及其应用。

背景技术

光催媒是一种以纳米级TiO₂为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，是当前国际上治理室内环境污染的理想材料，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能，能有效地降解空气中如甲醛等有毒有害气体，能有效杀灭多种细菌，抗菌率高达99.99％，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理，同时还具备除臭、抗污等功能。

近年来，由于“装修污染症候群”的出现，室内环境污染问题频现，成为人们关注的热点。据权威报道，在我国70%以上的家庭装修污染超标，且污染严重超标达30%以上。它不但会引发肺炎、气管炎、白血病、脑血栓等疾病，还可能导致孕妇流产、新生儿畸形等一系列疾病。

将纳米级TiO₂整理于织物表面，形成光触媒产品，满足消费者“安全需求”，市场前景极为广阔。如上所述，光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，因此光触媒的单位体积的表面积越大，光催化反应的作用越强，产生出的自由氢氧基和活性氧越多，可以说粒径大小是光触媒优劣的关键指标，这就要求光触媒在制备以及后续存放和使用过程中，不仅需要TiO₂粒径应足够的小，同时需要TiO₂不能发生团聚现象，影响光反应比表面积，而目前的制备方法是将钛酸丁酯倒入酸性溶液中混合而成，存在以下两个方面的缺陷：

一是只能采用高于30纳米级TiO₂作为原料，若用低于30纳米级TiO₂作为原料，在制备中必定发生TiO₂团聚现象，不仅浪费了资源，而且无法制备得到高含量的TiO₂水溶胶，同时在后续储存和使用过程中继续发生团聚现象（虽然在制备过程中对沉淀的团聚物做了液固分离，但没有形成沉淀的小团聚物仍留在水溶胶中，在储存中这些小团聚物会继续发生团聚），使获得的水溶胶中TiO₂极不稳定，水溶胶中TiO₂含量会随着储存时间的推移逐渐减少。

二是30纳米级以上TiO₂，其能带和导带之间的带隙能为5.127×10^-19J，其能量相当于波长为387.5nm的紫外光，只能在388nm以下紫外光照射下发生光催化反应，对光照有特定要求，限制了载体的使用环境，也就是在没有紫外光的环境中将不具有降解空气中如甲醛等有毒有害气体，杀灭多种细菌等作用。

当粒子的大小在1～10纳米级时，会出现量子效应，成为量子化粒子，明显禁带变宽，电子-空穴具有更强的氧化还原能力，催化活性将随尺寸量子化程度的提高而增加，使得在正常光照下也能达到理想的效果。用1～10纳米级TiO₂制备光触媒TiO₂水溶胶，其固结在面料上的无机TiO₂比表面积将更大化，其载体能在正常光照下都能发生明显的光催化反应。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光触媒纳米TiO₂水溶胶制备方法，制备过程以及后续储存和使用过程中，纳米级TiO₂不会发生团聚现象，水溶胶中纳米级TiO₂含量高；同时提供纳米级TiO₂水溶胶，用这种水溶胶于织物上，可在正常光照下发生光催化反应，降解空气中如甲醛等有毒有害气体，杀灭空气中的多种细菌等。

本发明通过以下技术方案实现：

光触媒纳米TiO₂水溶胶制备方法，包括以下制备步骤：

（1）取重量份0.9～1：1的钛酸丁酯和有机溶剂，室温下将钛酸丁酯溶解于有机溶剂中形成钛酸丁酯均相溶液，充分搅拌均匀，备用；

（2）室温下取无机酸与水混合得PH=1.5～3.5无机酸溶液，充分搅拌均匀，备用；

（3）在20℃～60℃条件下，将钛酸丁酯均相溶液以滴加或雾喷的方式加入搅拌的无机酸溶液中得到乳白色分散液，滴加速度不快于2滴/s，每滴钛酸酯乙醇溶液体积0.04～0.07ml；钛酸丁酯均相溶液与无机酸溶液重量比为1：3～5；根据无机酸溶液液面大小，至少每50～80平方厘米设有一个滴头；

（4）在室温条件下，将乳白色分散液密封静置陈化120小时以上，形成微黄色半透明纳米级TiO₂水溶胶。