[发明专利]高效超细TiO2纳米颗粒及光催化纳米涂料

说明书

高效超细TiO₂纳米颗粒及光催化纳米涂料，属于光催化材料技术领域。以TiCl₃为钛源，醇为溶剂，在70‑180℃的水热釜中进行水热3‑12小时，获得的TiO₂纳米颗粒。该TiO₂纳米颗粒具有较高的比表面积和较高的光催化活性。以该TiO₂纳米颗粒为主要功能成分开发了具有光催化活性水溶性和油溶性的纳米涂料。该涂料易于通过喷涂的方式涂覆在基底上，在太阳光下有效的去除水中和空气中的污染物。可用于建筑物，室内墙体，车辆表面，玻璃窗等载体表面做为自清洁涂层以及污染物消除，室内空气净化，户外空气净化均具有较好的效果，同时还具有较好的抗菌杀菌的作用。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种二氧化钛光催化涂料及其膜的制备方法。

背景技术

二氧化钛作为一种常见的半导体材料，被广泛的应用于填料、染料、光电转换材料、光催化剂、催化剂载体等各个领域。随着纳米材料的发展，纳米尺寸的TiO₂在光催化方面的应用引起了越来越多的研究。比如以二氧化钛为光催化剂在水质净化，室内空气净化，以及大气污染治理，自清洁涂层等等。这主要是由于二氧化钛具有独特的光化学性质所带来的广泛应用。二氧化钛做为半导体材料，可以吸收太阳光，产生光生的电子和空穴，光生电子与氧气分子反应生成超氧自由基，光生空穴与水分子反应可生成羟基自由基，以及光生空穴都具有非常强的氧化能力，统称为活性氧自由基。这些自由基具有非常强的氧化能力，可以氧化空气中的硫氧化物(SOx)，氮氧化物(NOx)，可挥发性有机化合物(VOC)，使这些污染物被进一步氧化达到空气净化的目的。另外在水中可以出去水中溶解的痕量有机化合物，如苯基化合物，含卤素的化合物，也可以利用光生电子还原水溶液中的重金属，达到水质净化的目的，还有，光照下产生的具有强氧化能力的自由基也可有效杀死基底表面吸附的细菌，起到杀菌的目的。在光照射下TiO₂表面变为超亲水的表面，因此当液滴在TiO₂表面会新城一层水膜，而不是独立的液滴，结合强氧化性能，可以做为自清洁的涂层应用于高层建筑的外表面和玻璃窗的表面起到自清洁的作用。

光催化反应发生在固液或气固界面上，催化剂表界面对催化剂的活性有着重要的贡献。因此制备超细TiO₂纳米颗粒将会有利于提高TiO₂光催化效率。这主要是由于纳米化可使材料的比表面积增大，表面活性位点增多。TiO₂纳米材料也被广泛的研究和开发，比如武汉大学报道了一种3-10纳米二氧化钛纳米晶光催化剂的方法(CN 1583888A)。专利CN1850333A公开一种介孔二氧化钛光催化材料及其制备方法。介孔TiO₂赋予了该材料的较高的比表面积100～300m²/g。专利CN 1384165A公开了一种光催化透明亲水涂层的二氧化钛纳米涂料，在二氧化钛纳米颗粒(10-20纳米)分散液中引入有机硅作为粘结剂形成透明涂层。硅基粘结剂在一定程度上抑制光催化剂的性能。

目前主要的TiO₂纳米颗粒合成一种是以钛酸酯为原料在有机分子存在下热解或水热获得有机分散的TiO₂纳米颗粒，然而成本较高，另一种是以无机钛酸盐水热会水解获得TiO₂纳米结构，其多为粉体材料很难稳定的分散在溶剂中。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种超细TiO₂纳米颗粒的合成方法，该TiO₂纳米颗粒的制备方法简单实用、颗粒尺寸小于3.0纳米、比表面积较高、光催化性能优异，可应用于废水和废气的处理，室内空气的净化及抗菌材料。

本发明的另一目的在于利用这种高效光催化剂为主要成分制备了水基涂料，同时通过表面活性剂将TiO₂颗粒转移至有机相中，制备了油性涂料，该涂料可以通过喷涂、刷涂、蘸涂等方式实施到基材上，该涂层展示了良好的光催化降解有机染料的性能。