[发明专利]一种双粒径分布的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种双粒径分布的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法，包括把有机钛酸盐溶解在醇溶液中，搅拌下滴加聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮的水溶液制备透明的二氧化钛溶胶；再加入商品纳米二氧化钛粉末超声搅拌得到透明到半透明的二氧化钛胶体；最后进行喷雾干燥，制得本发明的双粒径分布的纳米二氧化钛光催化剂。本发明制备的二氧化钛光催化剂，在使用中不需要添加任何表面活性剂和分散剂，加水搅拌即可制备高稳定的纳米二氧化钛光催化剂喷涂液，并可稳定放置6个月以上；该催化剂在太阳光下对有机物的光催化降解具有高的活性，其降解率比现有商品纳米二氧化钛P25提高40％以上。

技术领域

本发明涉及一种双粒径分布的纳米二氧化钛光催化剂及其制备方法，该光催化剂在应用中可以直接用水配置稳定分散的纳米二氧化钛喷涂液，并且可稳定保存6个月以上，同时比目前市场现有纳米二氧化钛的光催化活性要高。该方法制备的光催化剂在环境治理中推广预期将产生好的经济效益与环境效益，属于环境材料领域。

背景技术

所谓光催化剂，就是经过光的照射，可以促进化学反应的物质。由于光催化剂可以处理空气中或水中极低浓度的有害化学物质，能把有害有机物完全分解为水和二氧化碳，而本身不会分解释放有害物质，因此是极优异的环境净化材料。随着现代经济的发展，环境要求也越来越高，光催化剂受到越来越多的关注，在消臭、杀菌、抗菌、防污和除去有害物质等方面显示了好的应用前景。目前，可用来作为光催化剂的物质有很多种，其中纳米二氧化钛由于性质稳定、无毒、以及高效的光催化活性，是目前最常用的光催化剂，也是目前市场上普通得到认可的光催化剂。

目前市场上销售的纳米二氧化钛光催化剂主要有二种类型，一种固体粉末，性能最好的是市场上普通认可的德固赛公司生产的纳米级二氧化钛P25，另外一种是纳米二氧化钛分散液。对于纳米二氧化钛固体粉末产品，在应用中要进行分散，而分散是一个关键技术，也是目前最难的，要添加各种分散剂，采用多种分散设备得到可应用的分散体系，一般用户，没有专业的技术配方和特殊的设备很难达到稳定的分散液，所以普通用户很少使用，都是专业的环保公司分散后出售，但目前分散后长期稳定性仍然没有解决（1个月会分层），不能长期保持与运输。对于纳米二氧化钛分散液产品，除了前面提到的采用纳米级二氧化钛加工成的分散液外，还有一种是纳米级二氧化钛溶胶，其稳定性可以解决，但浓度低（大多在1%以下），含量有大量的有机溶剂，运输成本高，更重要的是由于溶胶结晶性差，不经过热处理直接使用该产品的光催化性能比较低。

为了解决这些问题，国内外在纳米二氧化钛分散剂和纳米级二氧化钛溶胶方面都进行了广泛的研究开发，在标题中含有二氧化钛的中国专利，2014年公开的有508件，2015年公开的达到579件。如中国发明专利（公开号CN200310112124.0）公开了一种纳米二氧化钛粉体的分散方法，其特征在于把纳米二氧化钛粉体溶于添加了表面活性剂和分散剂的溶剂内，表面活性剂是阳离子纤维素、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、异丁基磺酸钠或双硬酯酸聚乙醇醚；分散剂是Disperbyk-034、Disperbyk-190、Disperbyk-183、罗门哈斯890、罗门哈斯1124、罗门哈斯1288、罗门哈斯731A、NC890及LOPON895；这是由溶剂、表面活性剂和分散剂构成的分散体系。适合对纳米二氧化钛粉体材料进行分散使用，其配方与工艺都比较复杂。例如，中国发明专利（公开号CN201510974495.2）公开了一种无机无色透明纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，采用四氯化钛通过低温水解，低温氨水中和制得浆料，再通过高速离心机进行固液分离，并用去离子水重复洗涤，离心分离；通过过氧化氢低温氧化溶解、高温（170-190℃）循环络合、利用高强度（254 nm）紫外光催化制得无色透明纳米二氧化钛光催化剂（溶胶），该催化剂能催化降解有机物，净化室内空气，提高室内空气质量。该方法制备复杂，产品仍然是低浓度的溶胶。中国发明专利（公开号CN201510036659.7）也公开了一种单分散纳米二氧化钛溶胶的制备方法，以四氯化钛和钛酸丁酯同时作为钛源，以四氯化钛水解得到的盐酸作为催化剂，并且水解得到的产物作为晶核诱导钛酸丁酯水解反应，通过控制四氯化钛、钛酸丁酯和去离子水的比例，搅拌和加热的时间得到固含量可调的稳定的钛溶胶。该方法产品仍然是低浓度的溶胶，没有制备可再分散的固体粉末。