專利名稱：一種可見光光催化的光觸媒顏料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可見光光催化的光觸媒顏料及其制造方法，尤其涉及一種光觸媒顏料的生產(chǎn)方法。
解決這個問題，一個方案是利用二氧化鈦溶膠、顏料、有機硅粘接劑混合配制成遮蓋型光觸媒涂料，但是由于納米二氧化鈦溶膠在高顏料體積體系中分散較為困難，其應(yīng)用受到限制。
2001年以氮原子摻雜缺氧型氧化鈦為代表的可見光應(yīng)答型光觸媒的開發(fā)取得重大突破(中國專利申請01117336.X，00122506.5)，為室內(nèi)空氣凈化等領(lǐng)域光觸媒的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的在無機顏料的表面包覆一種特殊的二氧化鈦納米粒子，該納米二氧化鈦粒子不僅在紫外線下具有光催化作用，而且在可見光下也具有光催化作用，而且還具有顏料的遮蓋裝飾性能，從而獲得一種可見光光催化顏料。
本發(fā)明的制造工藝為通過對無機顏料預(yù)處理、包膜、浸泡、干燥、煅燒、粉碎及后處理等工藝過程，在無機顏料表面包覆二氧化鈦納米粒子獲得可見光光催化顏料。
首先，光催化顏料的組成無機顏料60％～99％(重量)二氧化鈦1％～40％(重量)其次，可見光光催化顏料的制造工藝①顏料的預(yù)處理選擇具有較高熱穩(wěn)定性(400℃)的無機顏料，如鈦白粉、鈦黃、鐵紅、鋅綠、鋅白、鉻綠、鈷綠等等，并粉碎成粒度為325目。
為確保顏料分散均勻，將顏料與水混合，采用沙磨機濕法研磨制備成分散均勻、穩(wěn)定的顏料水漿。
②包膜作為二氧化鈦的前驅(qū)體，可以是四氯化鈦、三氯化鈦、硫酸氧鈦、硫酸鈦氨水溶液等鈦鹽水溶液，也可以是鈦酸酯類鈦的有機溶液，從易得性、操作安全性等方面考慮，以濃度為40～100g/l(按二氧化鈦計)的硫酸氧鈦水溶液。
作為水解包膜的堿性化學(xué)品，使用氨水溶液(重量百分比10％～20％)。
本發(fā)明是在粒徑為0.2～0.3微米無機顏料表面包覆二氧化鈦納米粒子，根據(jù)顏料的不同屬性，分別有三種包膜處理工藝。
A)在顏料的顏料水漿中，同時加入鈦鹽溶液和氨水溶液，并不斷攪拌，保持反應(yīng)過程中的PH＝6～8，沉降30～40分鐘。
B)在顏料的顏料水漿中，先加氨水，然后再緩慢加入鈦鹽溶液，并不斷攪拌，最終控制PH＝4～8，反應(yīng)后靜置沉降30～40分鐘。
C)在顏料的顏料水漿中，先加入鈦鹽溶液，然后緩慢滴加氨水溶液，并不斷攪拌，最終控制PH＝4～8，反應(yīng)后靜置沉降30～40分鐘。
上述三種不同的包膜處理工藝，要計算控制顏料、鈦鹽溶液的加量，使最終光催化顏料中顏料含量60％～99％(重量)、二氧化鈦含量1％～40％(重量)。如果光催化顏料中二氧化鈦含量高于40％，則光催化顏料的顏料性能就會受到影響，如果光催化顏料中顏料超過99％，則光催化顏料的光催化性能不足，在包膜過程中均要控制溫度在40℃以下，比較好的狀態(tài)控制在20℃以下，最佳狀態(tài)溫度控制在5℃以下。如果溫度過高，會導(dǎo)致鈦鹽溶液熱水解，影響包膜效果。包膜劑的濃度也會影響包膜效果。鈦鹽溶液的濃度也要控制，采用硫酸氧鈦時，濃度低于40g/l，則硫酸氧鈦易發(fā)生熱水解，不穩(wěn)定；如果高于400g/l也會影響包膜質(zhì)量。氨水溶度控制在10～20％(重量)為宜。在包膜過程中，氨水溶液應(yīng)緩慢滴加，不宜過快，否則溫度升高，不利于包膜。
③浸泡將已包膜處理后的顏料水漿過濾，其濾餅用去離子水打漿；然后用10～20％(重量)的氨水溶液浸泡，其加入量為包膜處理時用量的5～10倍(體積)，浸泡24～48小時。
④干燥將浸泡后的顏料水漿過濾，其濾餅置烘箱中在50℃～150℃的溫度下干燥到水含量低于5％。
⑤煅燒在常壓下，將干燥后的顏料用馬福爐在300℃～600℃的溫度下煅燒1～2小時，煅燒后光催化顏料中的二氧化鈦的銳鈦晶型含量要大于90％。
在煅燒過程中，如果溫度低于300℃，則無法得到銳鈦型二氧化鈦；如果溫度高于600℃，則二氧化鈦晶型由銳鈦型轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型，降低了顏料的光催化活性。煅燒溫度最好控制在350℃～450℃。
⑥粉碎煅燒后的光催化顏料用雷蒙機或氣流粉碎機等設(shè)備進(jìn)行粉碎成325目細(xì)粉。
⑦后處理將⑥粉碎后的粉體用去離子水打漿，洗滌除去顏料成品中所含水溶性物質(zhì)，其洗滌濾液電阻率控制在3000Ω.cm以上。然后脫水、干燥、粉碎，得到可見光光催化顏料成品。
本發(fā)明特點及其應(yīng)用1，本發(fā)明是在無機顏料的表面包覆一種特殊的二氧化鈦納米粒子，該納米二氧化鈦粒子不僅在紫外線下具有光催化作用，而且在可見光下也具有光催化作用，而且還具有顏料的遮蓋裝飾性能，從而獲得一種可見光光催化顏料。
2，可見光光催化顏料，除了具備一般顏料的高遮蓋性和色調(diào)多樣性外，其最大的特點是與有機硅等無機涂料體系制備成可見光光催化彩色系列涂料。這種新型的可見光光催化涂料，可廣泛用于建筑業(yè)、裝潢業(yè)，如國際大都市中高架、立交、輕軌、文娛、體育館場所、活動中心和旅游紀(jì)念等標(biāo)志性高大建筑、以及居民住宅等室內(nèi)外裝飾用涂料。
3，應(yīng)用本發(fā)明的顏料所生產(chǎn)的涂料具有原來普通涂料和光催化涂料的性能，其最大特點在于具有可見光光催化作用，能分解礦化有機物質(zhì)，可抗菌除臭凈化空氣；同時它又能產(chǎn)生親水性，能使涂復(fù)面自潔除去污染物。
4，應(yīng)用本發(fā)明的顏料所生產(chǎn)涂料在施工涂復(fù)工藝與普通涂料類同，但比光催化罩層涂料施工簡單得多，可一次涂覆完工，不必涂覆中間隔離層，這樣省工省料又省錢，同時還提高涂層質(zhì)量，此新型涂料最適合于城市大型公共設(shè)施室內(nèi)外的裝飾所用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
實施例例一116份含TiO24.4％硫酸氧鈦水溶液，用100份水稀釋20份320目的鈦白粉混合在這溶液中，然后慢慢滴加15％的氨水溶液，至PH＝7，繼續(xù)攪拌15分鐘，沉降15分鐘，過濾洗滌。將濾餅用去離子水打漿，取15％的氨水浸泡24小時，過濾，在400攝氏度下煅燒1小時，得到白色粉末(產(chǎn)品a)，即光觸媒顏料。例二116份含TiO24.4％硫酸氧鈦水溶液，用100份水稀釋20份320目的鐵紅顏料混合在這溶液中，然后慢慢滴加15％的氨水溶液，至PH＝7，繼續(xù)攪拌15分鐘，沉降15分鐘，過濾洗滌。將濾餅用去離子水打漿，取15％的氨水浸泡24小時，過濾，在400攝氏度下煅燒1小時后，通過人工研磨得到紅色粉末(產(chǎn)品b)，顏料包膜前后的色差很小。例三將例一、例二的產(chǎn)品用甲醛分析器分析，80ppm甲醛氣體反應(yīng)2小時，產(chǎn)品a分解率達(dá)80％，產(chǎn)品b分解率達(dá)75％產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1，一種可見光光催化的光觸媒顏料，其特征在于它是在無機顏料的表面包覆一種不僅在紫外線下具有光催化作用，而且在可見光下也具有光催化作用且還具有顏料的遮蓋裝飾性能的二氧化鈦納米粒子。
2，如權(quán)利要求1所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于其制造方法是通過對無機顏料預(yù)處理、包膜、浸泡、干燥、煅燒、粉碎及后處理等工藝過程，在粒徑為0.2～0.3微米無機顏料表面包覆二氧化鈦納米粒子而制成。
3，如權(quán)利要求2所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于光催化顏料的組成無機顏料60％～99％(重量)；二氧化鈦1％～40％(重量)。
4，如權(quán)利要求2所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于預(yù)處理工藝為選擇具有較高熱穩(wěn)定性(400℃)的無機顏料，并粉碎成粒度為325目；將顏料與水混合，研磨制備成分散均勻、穩(wěn)定的顏料水漿。
5，如權(quán)利要求2所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于包膜工藝是以濃度為40～100g/l(按二氧化鈦計)的鈦鹽溶液和氨水溶液；作為水解包膜的堿性化學(xué)品，使用氨水溶液(重量百分比10％～20％)。
6，如權(quán)利要求5所述的光觸媒顏料制造工藝，其特征在于作為二氧化鈦的前驅(qū)體，可以是四氯化鈦、三氯化鈦、硫酸氧鈦、硫酸鈦氨水溶液等鈦鹽水溶液。
7，如權(quán)利要求5所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于根據(jù)顏料的不同屬性，分別有三種包膜處理工藝，其一為在前述顏料水漿中，同時加入鈦鹽溶液和氨水溶液，并不斷攪拌，保持反應(yīng)過程中的PH＝6～8，沉降30～40分鐘。
8，如權(quán)利要求5所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于根據(jù)顏料的不同屬性，分別有三種包膜處理工藝，其二為在前述顏料水漿中，先加氨水，然后再緩慢加入鈦鹽溶液，并不斷攪拌，最終控制PH＝4～8，反應(yīng)后靜置沉降30～40分鐘。
9，如權(quán)利要求5所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于根據(jù)顏料的不同屬性，分別有三種包膜處理工藝，其三為在前述顏料水漿中，先加入鈦鹽溶液，然后緩慢滴加氨水溶液，并不斷攪拌，最終控制PH＝4～8，反應(yīng)后靜置沉降30～40分鐘。
10，如權(quán)利要求2所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于將已包膜處理后的顏料水漿過濾，其濾餅用去離子水打漿；然后用10～20％(重量)的氨水溶液浸泡，其加入量為包膜處理時用量的5～10倍(體積)，浸泡24～48小時。
11，如權(quán)利要求2所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于將浸泡后的顏料水漿過濾，其濾餅置烘箱中在50℃～150℃的溫度下干燥到水含量低于5％。
12，權(quán)利要求2所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于將干燥后的顏料用馬福爐在常壓下和300℃～600℃的溫度下煅燒1～2小時，煅燒后光催化顏料中的二氧化鈦的銳鈦晶型含量要大于90％。
13，如權(quán)利要求12所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于煅燒溫度最好控制在350℃～450℃。
14，如權(quán)利要求2所述的光觸媒顏料的制造工藝，其特征在于煅燒后的光催化顏料用雷蒙機或氣流粉碎機等設(shè)備進(jìn)行粉碎成325目細(xì)粉；再粉碎后的粉體用去離子水打漿，洗滌除去顏料成品中所含水溶性物質(zhì)，其洗滌濾液電阻率控制在3000Ω.cm以上；然后脫水、干燥、粉碎，得到可見光光催化顏料成品。
全文摘要
本發(fā)明是一種可見光光催化的光觸媒顏料及其制造方法，它是通過對無機顏料預(yù)處理、包膜、浸泡、干燥、煅燒、粉碎及后處理等工藝過程，在粒徑為0.2～0.3微米無機顏料表面包覆二氧化鈦納米粒子而制成。它不僅在紫外線下具有光催化作用，而且在可見光下也有光催化作用。它能分解礦化有機物質(zhì)，可抗菌除臭凈化空氣；同時又能產(chǎn)生親水性，能使涂覆面自潔除去污染物，且施工簡單。適合于室內(nèi)外的裝飾所用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
文檔編號B01J35/00GK1478826SQ0213668
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月27日
發(fā)明者朱仰才, 孫志峰 申請人:上海弘康科技發(fā)展有限公司