一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法
【專利摘要】一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法，本發(fā)明涉及涂料的制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有光催化涂料存在降解甲醛效率低，無法對甲醛進行富集作用的問題。方法：一、制備濃硝酸改性的ACF；二、將鈦酸丁酯、乙醇和乙酸混合；三、將乙醇、乙酸和水混合，再加入尿素和九水合硝酸鐵晶體，調(diào)節(jié)pH；四、制備含鐵、氮的TiO2溶膠；五、制備負載TiO2的ACF；六、制備TiO2/ACF復(fù)合粉體；七、與涂料混合。ACF的富集作用很大程度上解決了TiO2效率低的問題，而TiO2的催化作用又有效解決了吸附劑的飽和需再生問題，兩者的特點進行互補，大幅度提高了降解甲醛的效率。本發(fā)明用于制備吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料。
【專利說明】一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及涂料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醛作為一種重要的有機原料，廣泛用于制造樹脂、橡膠、塑料等工業(yè)產(chǎn)品，大量存在于建筑材料中。還存在于各類裝飾材料如貼壁布、壁紙、化纖地毯、泡沫塑料、油漆、涂料和一些紡織品內(nèi)。但同時，甲醛是一種對人體具有急性毒作用的氣體，其對人體的危害具有長期性、潛伏性和隱蔽性的特點。而城市由于熱島效應(yīng)、逆溫天氣等原因，更是成為了甲醛氣體的集聚地。
[0003]空氣中甲醛污染的凈化技術(shù)歸納起來主要有:吸附法和氧化法等。吸附法主要是利用多孔固體材料將空氣中的甲醛吸附在其表面，以達到去除的目的，但一旦吸附飽和，則需要再生處理，技術(shù)復(fù)雜且成本高。催化法主要有等離子體-催化氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、多相催化氧化 技術(shù)等。催化法具有無二次污染的優(yōu)點，但是效率仍受催化劑活性、壽命、環(huán)境等條件制約。如何開發(fā)出一種高效、節(jié)能、無污染、成本低的甲醛降解技術(shù)，已經(jīng)成為眾多學(xué)者正在探索的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決現(xiàn)有光催化涂料存在降解甲醛效率低，無法對甲醛進行富集作用的問題，而提供一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法。
[0005]一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0006]一、將活性碳纖維用去離子水洗滌，再控制溫度為80°C~120°C，烘干2h，然后常溫干燥24h，再放入濃硝酸中，在室溫條件下，保持2h，再用去離子水淋洗至洗液pH = 7，然后在室溫下空氣中保持24h，烘干，制得濃硝酸改性的ACF ；
[0007]二、在攪拌條件下，將鈦酸丁酯加入到無水乙醇和冰醋酸混合溶液中，得到A液，鈦酸丁酯與無水乙醇和冰醋酸混合溶液的體積比為1: 4.5~5.5，無水乙醇和冰醋酸混合溶液中無水乙醇與冰醋酸的體積比為5~8: I ；
[0008]三、將無水乙醇、冰醋酸和水按照體積比為6: 10: I混合均勻得到無水乙醇-冰醋酸溶液，再加入尿素和九水合硝酸鐵晶體，混合均勻，然后用硝酸調(diào)節(jié)pH為2~3，得到B液，其中尿素與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.Sg~1.2g: 25.5mL，九水合硝酸鐵晶體與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.3g~0.6g: 25.5mL ；
[0009]四、在攪拌條件下，將步驟三得到的B液加入步驟二得到的A液中，持續(xù)攪拌Ih~2h，再靜置I天以上，得到含鐵、氮的TiO2溶膠，其中，A液與B液體積比為4.5~5.5: I ；
[0010]五、將步驟一制得的濃硝酸改性的ACF加入到步驟四得到的TiO2溶膠中，混合攪拌lh，采用抽濾法分離過量的TiO2溶膠，得到負載TiO2的ACF，其中，濃硝酸改性的ACF與TiO2溶膠的質(zhì)量體積比為5g~IOg: 40mL ；[0011]六、將步驟五制得的負載TiO2的ACF在溫度為80°C~120°C條件下，干燥6h~10h，再進行研磨，然后控制溫度為400°C~550°C焙燒3h，得到Ti02/ACF復(fù)合粉體；
[0012]七、將步驟六制備的Ti02/ACF復(fù)合粉體與粉末涂料混合均勻，得到一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其中，TiO2ACF復(fù)合粉體與粉末涂料的質(zhì)量比為4%~20%。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明對傳統(tǒng)的吸附降解法和光催化降解法進行了合理的結(jié)合，使材料具有吸附-光催化復(fù)合能力。夜晚溫度較低時，吸附劑將空氣中微量的甲醛吸附至孔隙，具有富集作用，而改性后的光催化劑納米TiO2則負載于吸附劑表面，白天，在光的作用下將富集的甲醛降解為CO2和!120。吸附劑(ACF)的富集作用很大程度上解決了 TiO2效率低的問題，而TiO2的催化作用又有效解決了吸附劑的飽和需再生問題，兩者的特點進行互補，大幅度提高了降解甲醛的效率。
[0014]用溶膠凝膠法制出Ti02/ACF復(fù)合粉體，實現(xiàn)光催化功能與吸附功能的復(fù)合，既保留了吸附劑與光催化劑的反應(yīng)簡單、見效快、無二次污染等特點，又解決了吸附劑容量有限、壽命短、需再生和光催化劑物理結(jié)構(gòu)性能差、無法富集污染物等缺點。
[0015]將可高效降解甲醛的Ti02/ACF復(fù)合粉體與涂料相結(jié)合，噴涂于建筑外墻，充分利用城市豐富的外墻表面積作為反應(yīng)基，解決了甲醛氣體污染源廣，擴散復(fù)雜等問題。
[0016]利用夜晚實現(xiàn)對甲醛低溫吸附，白天將污染物催化并進行脫附，有效利用了自然溫差。又是由太陽能驅(qū)動反應(yīng)，清潔環(huán)保，能量來源廣泛持久。
[0017]本發(fā)明就TiO2對 太陽光的利用程度低的缺點提出了利用鐵氮共摻雜手段對TiO2進行改性，并將摻雜過程與溶膠凝膠負載法相結(jié)合，在大幅度提高TiO2的光響應(yīng)范圍的同時制備過程更加簡單。
[0018]本發(fā)明充分利用了自然溫差，使涂料在夜晚吸附，白天脫附并進行光催化降解，模擬光合作用，發(fā)明了一種“會呼吸的涂料”。
[0019]本發(fā)明用于制備吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為甲醛濃度的時間變化曲線圖，其中曲線I為對比實驗三，曲線2為對比實驗二，曲線3為對比實驗一，曲線4為實施例一。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0022]【具體實施方式】一:本實施方式一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0023]一、將活性碳纖維用去離子水洗滌，再控制溫度為80°C~120°C，烘干2h，然后常溫干燥24h，再放入濃硝酸中，在室溫條件下，保持2h，再用去離子水淋洗至洗液pH = 7，然后在室溫下空氣中保持24h，烘干，制得濃硝酸改性的ACF ；
[0024]二、在攪拌條件下，將鈦酸丁酯加入到無水乙醇和冰醋酸混合溶液中，得到A液，鈦酸丁酯與無水乙醇和冰醋酸混合溶液的體積比為1: 4.5~5.5，無水乙醇和冰醋酸混合溶液中無水乙醇與冰醋酸的體積比為5~8: I ；[0025]三、將無水乙醇、冰醋酸和水按照體積比為6: 10: I混合均勻得到無水乙醇-冰醋酸溶液，再加入尿素和九水合硝酸鐵晶體，混合均勻，然后用硝酸調(diào)節(jié)pH為2~3，得到B液，其中尿素與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.Sg~1.2g: 25.5mL，九水合硝酸鐵晶體與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.3g~0.6g: 25.5mL ；
[0026]四、在攪拌條件下，將步驟三得到的B液加入步驟二得到的A液中，持續(xù)攪拌Ih~2h，再靜置I天以上，得到含鐵、氮的TiO2溶膠，其中，A液與B液體積比為4.5~5.5: I ；
[0027]五、將步驟一制得的濃硝酸改性的ACF加入到步驟四得到的TiO2溶膠中，混合攪拌lh，采用抽濾法分離過量的TiO2溶膠，得到負載TiO2的ACF，其中，濃硝酸改性的ACF與TiO2溶膠的質(zhì)量體積比為5g~IOg: 40mL ；
[0028]六、將步驟五制得的負載TiO2的ACF在溫度為80°C~120°C條件下，干燥6h~10h，再進行研磨，然后控制溫度為400°C~550°C焙燒3h，得到Ti02/ACF復(fù)合粉體；
[0029]七、將步驟六制備的Ti02/ACF復(fù)合粉體與粉末涂料混合均勻，得到一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其中，TiO2ACF復(fù)合粉體與粉末涂料的質(zhì)量比為4%~20%。
[0030]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中濃硝酸的質(zhì)量濃度為65%。其它與【具體實施方式】一相同。
[0031]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟二中鈦酸丁酯與無水乙醇和冰醋酸混合溶液的體積比為1: 5。其它與【具體實施方式】一相同。
[0032]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟二中無水乙醇和冰醋酸混合溶液中無水乙醇與冰醋酸的體積比為6: I。其它與【具體實施方式】一相同。
[0033]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟四中A液與B液體積比為5:1。其它與【具體實施方式】一相同。
[0034]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟六中控制溫度為450 °C焙燒。其它與【具體實施方式】一相同。
[0035]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟七中Ti02/ACF復(fù)合粉體與粉末涂料的質(zhì)量比為5%。其它與【具體實施方式】一相同。
[0036]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟七中粉末涂料為丙烯酸粉末涂料。其它與【具體實施方式】一相同。
[0037]采用以下實施例和對比實驗驗證本發(fā)明的有益效果:
[0038]實施例一:
[0039]本實施例一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0040]一、將活性碳纖維用去離子水洗滌，再控制溫度為10(TC，烘干2h，然后常溫干燥24h，再放入濃硝酸中，在室溫條件下，保持2h，再用去離子水淋洗至洗液pH = 7，然后在室溫下空氣中保持24h，烘干，制得濃硝酸改性的ACF ；
[0041] 二、在攪拌條件下，將鈦酸丁酯加入到無水乙醇和冰醋酸混合溶液中，得到A液，鈦酸丁酯與無水乙醇和冰醋酸混合溶液的體積比為1: 5，無水乙醇和冰醋酸混合溶液中無水乙醇與冰醋酸的體積比為5.5: I ；
[0042]三、將無水乙醇、冰醋酸和水按照體積比為6: 10: I混合均勻得到無水乙醇-冰醋酸溶液，再加入尿素和九水合硝酸鐵晶體，混合均勻，然后用硝酸調(diào)節(jié)pH為2~3，得到B液，其中尿素與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為1.2g: 25.5mL，九水合硝酸鐵晶體與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.6g: 25.5mL ；
[0043]四、在攪拌條件下，將步驟三得到的B液加入步驟二得到的A液中，持續(xù)攪拌lh，再靜置I天以上，得到含鐵、氮的TiO2溶膠，其中，A液與B液體積比為5: I ；
[0044]五、將步驟一制得的濃硝酸改性的ACF加入到步驟四得到的TiO2溶膠中，混合攪拌lh，采用抽濾法分離過量的TiO2溶膠，得到負載TiO2的ACF，其中，濃硝酸改性的ACF與TiO2溶膠的質(zhì)量體積比為5g: 40mL；
[0045]六、將步驟五制得的負載TiO2的ACF在溫度為80°C條件下，干燥8h，再進行研磨，然后控制溫度為450°C焙燒3h，得到Ti02/ACF復(fù)合粉體；
[0046]七、將步驟六制備的Ti02/ACF復(fù)合粉體與粉末涂料混合均勻，得到一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其中，TiO2ACF復(fù)合粉體與粉末涂料的質(zhì)量比為5%。
[0047]本實施例中步驟七中粉末涂料為丙烯酸粉末涂料。
[0048]對比實驗一:
[0049]本對比實驗改性TiO2涂料的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0050]一、在攪拌 條件下，將鈦酸丁酯加入到無水乙醇和冰醋酸混合溶液中，得到A液，鈦酸丁酯與無水乙醇和冰醋酸混合溶液的體積比為1: 5，無水乙醇和冰醋酸混合溶液中無水乙醇與冰醋酸的體積比為5.5: I ；
[0051]二、將無水乙醇、冰醋酸和水按照體積比為6: 10: I混合均勻得到無水乙醇-冰醋酸溶液，再加入尿素和九水合硝酸鐵晶體，混合均勻，然后用硝酸調(diào)節(jié)pH為2~3，得到B液，其中尿素與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為1.2g: 25.5mL，九水合硝酸鐵晶體與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.6g: 25.5mL ；
[0052]三、在攪拌條件下，將步驟二得到的B液加入步驟一得到的A液中，持續(xù)攪拌lh，再靜置I天以上，得到含鐵、氮的TiO2溶膠，其中，A液與B液體積比為5: I ；
[0053]四、將步驟三得到的TiO2溶膠在溫度為80°C條件下，干燥8h，再進行研磨，然后控制溫度為450°C焙燒3h，得到納米二氧化鈦粉末，再將納米二氧化鈦粉末與粉末涂料混合均勻，得到改性TiO2涂料。
[0054]本對比實驗中步驟四中粉末涂料為丙烯酸粉末涂料，納米二氧化鈦粉末與粉末涂料的質(zhì)量比為5%。
[0055]對比實驗二:
[0056]本對比實驗改性ACF涂料的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0057]將活性碳纖維用去離子水洗滌，再控制溫度為100°C，烘干2h，然后常溫干燥24h，再放入濃硝酸中，在室溫條件下，保持2h，再用去離子水淋洗至洗液pH = 7，然后在室溫下空氣中保持24h，烘干，制得濃硝酸改性的ACF ;再將濃硝酸改性的ACF與粉末涂料混合均勻，得到改性ACF涂料。
[0058]本對比實驗中粉末涂料為丙烯酸粉末涂料，濃硝酸改性的ACF與粉末涂料的質(zhì)量比5%。
[0059]對比實驗三:
[0060]本對比實驗三采用丙烯酸粉末涂料。
[0061]采用甲醛檢測儀對對比實驗一至三及實施例一制備的涂料進行實時監(jiān)測，得出甲醛濃度的時間變化曲線圖如圖1所示，其中曲線I為對比實驗三，曲線2為對比實驗二，曲線3為對比實驗一，曲線4為實施例一，經(jīng)過實驗測試，證實了本發(fā)明確實有較好的降解甲醛的效果。
[0062]實驗結(jié)果表明，吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料在模擬太陽光源的照射下最高降解率可達64.9%，高于TiO2光催化涂料和僅加入ACF的涂料及傳統(tǒng)涂料。
【權(quán)利要求】
1.一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料的制備方法，其特征在于具體是按照以下步驟進行的: 一、將活性碳纖維用去離子水洗滌，再控制溫度為80°c~120°C，烘干2h，然后常溫干燥24h，再放入濃硝酸中，在室溫條件下，保持2h，再用去離子水淋洗至洗液pH = 7，然后在室溫下空氣中保持24h，烘干，制得濃硝酸改性的ACF ； 二、在攪拌條件下，將鈦酸丁酯加入到無水乙醇和冰醋酸混合溶液中，得到A液，鈦酸丁酯與無水乙醇和冰醋酸混合溶液的體積比為1: 4.5~5.5，無水乙醇和冰醋酸混合溶液中無水乙醇與冰醋酸的體積比為5~8: I ； 三、將無水乙醇、冰醋酸和水按照體積比為6: 10: I混合均勻得到無水乙醇-冰醋酸溶液，再加入尿素和九水合硝酸鐵晶體，混合均勻，然后用硝酸調(diào)節(jié)pH為2~3，得到B液，其中尿素與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.Sg~1.2g: 25.5mL，九水合硝酸鐵晶體與無水乙醇-冰醋酸溶液的質(zhì)量體積比為0.3g~0.6g: 25.5mL ； 四、在攪拌條件下，將步驟三得到的B液加入步驟二得到的A液中，持續(xù)攪拌Ih~2h，再靜置I天以上，得到含鐵、氮的TiO2溶膠，其中，A液與B液體積比為4.5~5.5: I ； 五、將步驟一制得的濃硝酸改性的ACF加入到步驟四得到的TiO2溶膠中，混合攪拌lh，采用抽濾法分離過量的TiO2溶膠，得到負載TiO2的ACF，其中，濃硝酸改性的ACF與TiO2溶膠的質(zhì)量體積比為5g~IOg: 40mL ； 六、將步驟五制得的負載TiO2的ACF在溫度為80°C~120°C條件下，干燥6h~10h，再進行研磨，然后控制溫度 為400°C~550°C焙燒3h，得到Ti02/ACF復(fù)合粉體； 七、將步驟六制備的TiO2ACF復(fù)合粉體與粉末涂料混合均勻，得到一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其中，TiO2ACF復(fù)合粉體與粉末涂料的質(zhì)量比為4%~20%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其特征在于步驟一中濃硝酸的質(zhì)量濃度為65%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其特征在于步驟二中鈦酸丁酯與無水乙醇和冰醋酸混合溶液的體積比為1: 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其特征在于步驟二中無水乙醇和冰醋酸混合溶液中無水乙醇與冰醋酸的體積比為6: I。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其特征在于步驟四中A液與B液體積比為5: I。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其特征在于步驟六中控制溫度為450°C焙燒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其特征在于步驟七中Ti02/ACF復(fù)合粉體與粉末涂料的質(zhì)量比為5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸附-光催化復(fù)合式除甲醛的涂料，其特征在于步驟七中粉末涂料為丙稀酸粉末涂料。
【文檔編號】C09D7/12GK103980759SQ201410228021
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】劉禹萱, 楊思雨, 陳冠江, 黃松, 高繼慧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)