一種限制少、效率高、成本低的光催化涂層的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型光催化涂層制備領(lǐng)域，特別是一種對(duì)基底限制少、效率高、成本低的光催化涂層的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，我國(guó)環(huán)境問(wèn)題日趨突出，尤其是水污染問(wèn)題和大氣污染問(wèn)題的解決迫在眉睫。目前解決這些環(huán)境問(wèn)題的方案中，采用在日光下具有光催化作用的物質(zhì)對(duì)污染物進(jìn)行催化降解是其中最佳的方案之一，其中納米級(jí)打02的光催能力是具有光催化作用的物質(zhì)中最佳的。最初的工藝只是簡(jiǎn)單的將納米級(jí)打02的水溶膠噴灑至暴露的基底材料表面，但是這種噴涂工藝不能使納米級(jí)Ti02B成牢固的負(fù)載，納米級(jí)Ti02會(huì)出現(xiàn)大量的流失，進(jìn)而導(dǎo)致光催化的失效。為此人們將二氧化鈦制備到陶瓷、玻璃等基底材料上，然后再將其置于光催化環(huán)境中進(jìn)而起到環(huán)境治理的作用，但是這樣一方面會(huì)提高應(yīng)用成本，另外一方面因?yàn)榧{米級(jí)Ti02需要高溫結(jié)晶，所以制備過(guò)程需要高溫退火，故該工藝對(duì)基底材料的選擇有限制。
[0003]近年來(lái)有人將納米級(jí)1102分散到含有有機(jī)粘合劑的溶液(或分散液)中形成光催化組合物，再將這種光催化組合物直接在基底材料表面制備光催化涂層。但是目前這類光催化組合物制備的涂層都為單層結(jié)構(gòu)，當(dāng)這種涂層直接制備到硅酸鹽水泥這類表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的基底上時(shí)，如果涂層厚度低，很容易出現(xiàn)涂層覆蓋不連續(xù)的情況，當(dāng)將其應(yīng)用于水環(huán)境中污染物的光催化降解時(shí)，這會(huì)使涂層的光催化性能大大降低，而想要使該型光催化涂層在表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的基底上獲得較好的催化效果，涂層厚度就需要增加，但是這樣一來(lái)又會(huì)大大提高涂層的制備成本。綜上所述，目前需要一種全新的光催化涂層制備工藝才能克服以上問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有光催化涂層制備工藝的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)基底限制少、效率高、成本低的光催化涂層的制備工藝。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種對(duì)基底限制少、效率高、成本低的光催化涂層的制備工藝，該制備工藝主要包括三步，分別為:打底層的制備；防滲透層的制備；光催化層的制備。該工藝制備出的光催化涂層為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包含:
1.打底層
該結(jié)構(gòu)層的制備在基底材料表面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜(例如基底材料表面具有較大孔隙或不平整)時(shí)是必需的，該結(jié)構(gòu)層的制備采用的原料為5質(zhì)量分?jǐn)?shù)以上、30質(zhì)量分?jǐn)?shù)以下的二氧化硅的水溶膠(硅溶膠)。將硅溶膠直接高壓噴涂在基底材料表面，干燥固化之后重復(fù)上述步驟1-7次形成打底層。硅溶膠在干燥過(guò)程中逐漸固化，其固化后在很大程度上能減小硅酸鹽水泥基底上較大的孔隙，使表面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的基底表面盡可能平整，這樣就能夠利于接下來(lái)其他涂層的制備。所以該結(jié)構(gòu)層的最大作用是實(shí)現(xiàn)基底表面結(jié)構(gòu)的平整化。
[0006]2.防滲透層
該結(jié)構(gòu)層的主要作用為隔離基底材料與光觸媒，從而避免基底材料對(duì)光催化反應(yīng)的影響。該結(jié)構(gòu)層的制備采用的原料是1質(zhì)量分?jǐn)?shù)以上、11質(zhì)量分?jǐn)?shù)以下的硅酮膠分散液，其中硅酮膠是由有機(jī)羥基硅酮、有機(jī)甲基硅酮、氣相二氧化硅、碳酸鈣、甲基硅烷組成的，稀釋溶劑采用的是具有非極性的環(huán)己烷。將硅酮膠分散液直接高壓噴涂在打底層表面，經(jīng)20-60分鐘干燥固化之后重復(fù)上述步驟1-7次形成防滲透層。之所以選擇以上材料制備防滲透層，一方面，硅酮膠分散液的干燥固化形成的防滲透層具有較強(qiáng)的防滲透性；另外一方面，固化后的硅酮膠與打底層的粘結(jié)性能較好，且在光催化層制備所用的原材料當(dāng)中也含有硅酮膠(粘合劑)，這樣也利于防滲透層和光催化層之間的結(jié)合。
[0007]3.光催化層
光催化層的制備步驟為:
(1)將硅酮膠加入到環(huán)己烷當(dāng)中，經(jīng)0.5-2小時(shí)攪拌使硅酮膠能夠分散到環(huán)己烷當(dāng)中；
(2)加入光觸媒、鈦酸四丁酯，經(jīng)過(guò)1-3小時(shí)的攪拌和4-12分鐘的超聲分散形成穩(wěn)定的分散液；
(3)采用干毛刷及高壓氣體噴刷方法對(duì)防滲透層表面清理，以清除防滲透層表面的松散結(jié)構(gòu)或物質(zhì)；
(4)將調(diào)配好的分散液利用高壓噴涂在經(jīng)過(guò)表面清理的防滲透層上，經(jīng)20-60分鐘的干燥固化，重復(fù)噴涂、干燥固化步驟1-5次形成光催化層。
[0008]光催化層的制備所采用的原料為:
(a)硅酮膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1到4之間；
(b)光觸媒為納米級(jí)Ti02、ZnO、CdS、W03、Fe203、PbS、Sn02、ZnS、SrTi03、Si02* 的一種或多種，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5到1之間；
(c)鈦酸四丁酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1到0.5之間；
(d)環(huán)己烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在94.5到98.4之間。
[0009]其中硅酮膠由有機(jī)羥基硅酮、有機(jī)甲基硅酮、氣相二氧化硅、碳酸鈣、甲基硅烷組成，隨著光催化層的干燥硅酮膠會(huì)發(fā)生固化反應(yīng)，硅酮膠的固化能夠使光觸媒形成牢固的負(fù)載；鈦酸四丁酯作為添加劑的作用是提高光觸媒在環(huán)己烷中的分散性；環(huán)己烷的主要作用是溶解、分散其他物質(zhì)。
[0010]如上所述，本發(fā)明具有以下有益效果:
針對(duì)現(xiàn)有光催化涂層制備技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種對(duì)基底限制少、效率高、成本低的光催化涂層的制備工藝，按照該工藝制備出的光催化涂層性能優(yōu)異。一方面由于所制備的光催化涂層為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中打底層能起到平整基底表面的作用，使該工藝制備的多層復(fù)合光催化涂層不僅能在常見(jiàn)的陶瓷、玻璃或金屬等材料表面制備涂層，還能在硅酸鹽水泥等表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的基底材料上制備出性能優(yōu)異的光催化涂層，所以說(shuō)該工藝能夠減少光催化涂層制備對(duì)基底的限制；另一方面該工藝制備出的光催化涂層包含的防滲透層能夠更有效地將基底材料與光觸媒隔離，可以更好地使光催化反應(yīng)不受基底材料的影響，例如制備在硅酸鹽水泥表面的該多層復(fù)合涂層當(dāng)其應(yīng)用于水環(huán)境中的污染催化降解時(shí)，該涂層能防止硅酸鹽水泥中的可溶性金屬離子滲透進(jìn)入水體中，從而保障光觸媒能夠發(fā)揮出更好的光催化的作用，這就使該型涂層更能夠適用于水污染的治理，同時(shí)光催化效率得到了較大的提高；此外該工藝制備出的涂層在保證優(yōu)異的光催化性能的同時(shí)，由于降低了光催化層的制備厚度，故該工藝節(jié)省光觸媒的使用，同時(shí)該工藝制備的光催化涂層采用了成本低廉的原材料，故該工藝也在一定程度上降低了光催化涂層的制備成本。
[0011]綜上，該工藝制備的多層復(fù)合光催化涂層性能優(yōu)異，如果將其用于實(shí)際應(yīng)用，定能在環(huán)境治理中發(fā)揮出巨大的作用。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下實(shí)施例旨在說(shuō)明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。
[0013]實(shí)施例1
本實(shí)施例是在硅酸鹽水泥基底表面制備的光催化涂層，其中光觸媒采用的是純銳鈦礦的納米級(jí)Ti02 (純銳鈦礦，平均粒徑為5 nm)，具體步驟如下:
1.打底層的制備
打底層的制備所采用的原料是6質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅溶膠。在制備打底層之前，首先對(duì)硅酸鹽水泥基底進(jìn)行清理，主要目的是清除基底表面的松散結(jié)構(gòu)或物質(zhì)，清除采用干毛刷及高壓氣體噴刷；之后將4 mL的硅溶膠直接高壓噴涂到基底表面(面積為0.01 m2)，并將樣品于室溫條件下干燥固化1小時(shí)，如此反復(fù)5次。
[0014]2.防滲透層的制備
防滲透層的制備所采用的原料是硅酮膠分散液。硅酮膠是由有機(jī)羥基硅酮、有機(jī)甲基硅酮、氣相二氧化硅、碳酸鈣、甲基硅烷組成的。使用之前使用環(huán)己烷對(duì)其進(jìn)行稀釋，使其形成硅酮膠的分散液，其中硅酮膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5。
[0015]在制備“防滲透層”之前需要清除打底層表面的松散結(jié)構(gòu)或物質(zhì)。清除采用干毛刷及高壓氣體噴刷。之后將4 mL硅酮膠的分散液直接高壓噴涂到打底層表面(面積為0.01m2)，并將樣品于室溫條件下干燥固化30 min，如此反復(fù)5次。
[0016]3.光催化層的制備光催化層的制備步驟為:
(1)將4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅酮膠加入到環(huán)己烷當(dāng)中，經(jīng)1小時(shí)攪拌使硅酮膠能夠分散到環(huán)己烷當(dāng)中；
(2)加入1質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米Ti02(純銳鈦礦，平均粒徑為5 nm)、0.5質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鈦酸四丁酯，經(jīng)過(guò)2小時(shí)的攪拌及8分鐘的超聲分散形成分散液；
(3)采用干毛刷及高壓氣體噴刷方法對(duì)防滲透層表面進(jìn)行清理，以清除防滲透層表面的松散結(jié)構(gòu)或物質(zhì)；