一種空氣凈化磚及其制備方法
【專利摘要】一種空氣凈化磚，包括磚基底，磚基底表面上附著一層光催化涂層，光催化涂層為C3N4/ZnO層。制備方法包括以下步驟：1）對磚基底表面清洗預處理；2）在60～80℃下保溫15～40h；3）置于硝酸鋅與脲的混合液中浸泡24～72h后晾干，重復該步驟3～5次；4）將磚基底置于混合液中，在60～80℃下保溫15～40h；5）根據(jù)需要修整磚基底，將修整好的磚基體升至500～650℃保溫1～10h；6）經水洗、烘干即得成品。本申請的空氣凈化磚對空氣污染處理有良好的效果；且可對磚表面的塵土等污物沖刷清洗掉后繼續(xù)使用，仍能保持良好的光催化性能。
【專利說明】
_種空氣凈化磚及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于磚制備技術領域，具體涉及一種空氣凈化磚及其制備方法。
【背景技術】
[0002]瓷磚廣泛用于建筑物的內壁和外墻上邊，滿足人們對美感和功能的要求。較低的孔隙率，高的機械性能、耐化學腐蝕性能使瓷磚的應用領域越來越廣泛，使之產量逐年增多。之前對于瓷磚的考慮多數(shù)集中于瓷磚的力學性能及其美觀性上，隨著材料科學及其他科學領域的發(fā)展，為功能瓷磚的提出提供了保障。
[0003]在功能瓷磚的研究中，光催化瓷磚是一個重要的研究方向。近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)化的迅猛發(fā)展，人們對能源的需求日益增大，消耗了大量的煤、石油、天然氣等不可再生的化石燃料，并排放出C 02、S 02、N Ox等溫室氣體和有毒氣體，造成嚴重的能源危機和環(huán)境惡化等問題，使人類面臨嚴峻的生存挑戰(zhàn)。
[0004]半導體光催化通過直接利用太陽光來驅動一系列重要的化學反應，將低密度的太陽能轉化為高密度的化學能或直接降解和礦化有機污染物，在解決能源短缺和環(huán)境污染等方面表現(xiàn)出巨大的潛力。但是如何對光催化材料進行有效的利用，而不僅局限于實驗室的實驗，使這種功能材料大規(guī)模的使用，帶來一定的經濟效益和社會效益才是目的所在。
[0005]目前多數(shù)光催化瓷磚都是采用在釉體材料中混入二氧化鈦的方式進行處理，或者是表面采用溶膠凝膠法涂覆一層二氧化鈦的涂層，其中，在釉體材料中混入二氧化鈦會導致二氧化鈦裸露在空氣中能夠接收太陽光的比表面積變小，影響其光催化的效果;并且采用溶膠凝膠法進行涂覆的方式涂覆二氧化鈦則只能對紫外光部分產生反應，只能吸收380nm以下的紫外光，在室內環(huán)境下無法應用。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種空氣凈化磚，同時提供其制備工藝是本發(fā)明的另一發(fā)明目的?；谏鲜瞿康?，本發(fā)明采取如下技術方案:一種空氣凈化磚，包括磚基底，所述磚基底表面上附著一層光催化涂層，所述光催化涂層為C3N4/ZnO層。
[0007]所述光催化涂層的厚度為0.1?lcm。
[0008]所述磚基底為亞光磚基底或玻璃基底或混凝土基底或鋼鐵基底或泡沫混凝土基底。
[0009]所述亞光磚基底為釉面磚基底或仿古磚基底。
[0010]所述的空氣凈化磚的制備方法，包括以下步驟:
1)對磚基底表面預處理:先采用去離子水超聲清洗，經乙醇超聲清洗后再次采用去離子水超聲清洗即可；
2)將預處理后的磚基底在60?80°C下保溫15?40h;
3)將磚基底置于硝酸鋅與脲的混合液中浸泡24?72h后晾干，重復該步驟3?5次；
4)將磚基底置于步驟3)的混合液中，在60?80°C下保溫15?40h，得到膠狀物和表面附有月父狀物的磚基底；
5)根據(jù)需要修整磚基底，即去除不需要涂覆的磚基體表面的膠狀物，同時對需要涂覆的磚基體表面繼續(xù)涂覆，將修整好的磚基體升溫至500?650°C后保溫I?1h得半成品磚；升溫時的升溫速度為5?20 °C/min;
6)半成品磚經水洗、烘干即得成品。
[0011 ] 步驟I)中，每次超聲清洗的時間為10?15min。
[0012]步驟3)中，混合液中硝酸鋅的濃度為0.2?3M，脲的的濃度為0.2?5M，且Ζη(Ν03)2與CO(NH2)2的質量比1:1?1:10。
[0013]步驟6)中，烘干采用的溫度為70?80°C。
[0014]本申請中步驟3)的目的是為了使磚基底與混合液充分接觸，這樣制備出來的凈化磚的光催化涂層比較均勻，且與基底的結合強度較高，這是因為在浸泡過程中會在磚基底內部發(fā)生浸潤效果，在燒制過程中縫隙當中的溶液會形成籽晶，后邊涂覆上去的膠體可以在縫隙當中的籽晶上進一步結晶，使表面的涂層更為均勻，結合力更強。
[0015]步驟4)為關鍵步驟，因為該步驟的目的是實現(xiàn)脲熱分解的產物與氧化鋅形成的膠狀物，便于后續(xù)處理，而溫度和保溫時間是膠狀物形成的關鍵，溫度過高，會形成液體狀，不會形成膠體狀物質，而且會導致硝酸鋅和脲發(fā)生反應生成二氧化碳氣體揮發(fā)出去;溫度過低，則混合液中的溶劑不會蒸發(fā)。
[0016]本申請中C3NVZnO涂層中若不含有ZnO，就會造成光生電子空穴復合率增加，光催化效率降低。并且，在制備涂層的過程中，Zn(NO3)2與脲形成鋅氨絡離子，形成一種溶膠狀態(tài)，可以涂覆于基底表面，便于做基底涂層，若反應中沒有Zn(NO3)2,就不會形成溶膠狀態(tài)，那么在燒制的過程中附著于磚基體上的光催化材料的量就會很少，達不到降解污染物的效果O
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
1、以磚基體為光催化制成基底，將光催化劑附著在磚基體上，一方面由于磚在建筑物表面和內部廣泛使用，可對空氣污染處理有良好的效果；另一方面也便于光催化材料的回收與清洗，可對磚表面的塵土等污物沖刷清洗掉后繼續(xù)使用，仍能保持良好的光催化性能；
2、本申請首次采用Zn(NO3)2和脲配置成溶膠，便于在磚基體表面進行涂覆，克服了現(xiàn)有技術中粉狀光催化劑不能進行涂覆的缺陷;通過加熱即可生成光催化材料C3N4/ZnO，其制備方法簡單，價格低廉；
3、經過實驗證實，本申請的空氣凈化磚對空氣污染處理有良好的效果:在2min內將降解空氣污染物NO 25%以上；在5min內，150w的金鹵素燈或者LED燈照射下可將100ppb的NO濃度降解到700ppb，降解率達到30%，效果優(yōu)異；
4、本申請制備的C3N4/ZnO可以調節(jié)帶隙結構，減少單一C3N4電子空穴容易復合降低效率的幾率，提高電子空穴分離效率，提高光催化效果，制成的光催化磚可廣泛應用于隧道、建筑物表面，也可應用于水體污染處理。
[0018]5、本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，利于工業(yè)化應用，有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1是未經處理瓷磚和經過處理過的瓷磚的對比圖； 圖2是混合液中硝酸鋅的濃度和脲的濃度不同對空氣凈化磚降解一氧化氮的影響結果;
圖3是本發(fā)明得到的空氣凈化磚的UV-VIS可見光吸收光譜圖。
【具體實施方式】
[0020]下面實施例只為進一步說明本發(fā)明，不以任何形式限制本發(fā)明。
[0021]實施例1
一種空氣凈化磚，包括亞光磚基底，所述亞光磚基底為釉面磚基底，所述磚基底表面上附著一層厚度為0.1 Cm的光催化涂層，所述光催化涂層為C3N4/ZnO層。
[0022]其制備方法，包括以下步驟:
1)對磚基底表面預處理:先采用去離子水超聲清洗，經乙醇超聲清洗后再次去離子水超聲清洗即可;步驟I)中每次超聲清洗的時間為1min;
2)將經過預處理的磚基底在80°C下保溫24h;
3)將磚基底置于硝酸鋅與脲的混合液中浸泡24h后晾干，重復該步驟3次；
4)將磚基底置于步驟3)的混合液中，且距離混合液容器底部lcm，在80°C的烘箱中保溫24h，得到表面附有膠狀物的磚基底和膠狀物；
5)去除不需要涂覆的磚基體表面的膠狀物，同時對需要涂覆的磚基體表面繼續(xù)涂覆直至涂覆的厚度達到0.lcm，將修整好的磚基體用鋁箔將其包裹后置于馬弗爐中，以5°C/min的升溫速度升至500°C，保溫Ih得半成品磚；
6)將半成品磚用去離子水沖洗后置于馬弗爐中70°C下烘干即得成品。
[0023]本實施例制得的空氣凈化磚見圖1所示，圖中，a為未經處理磚，b經過處理過的空氣凈化磚磚;從圖1中可知，經過處理的磚基體上附著一層表面均勻的黃色涂層，同時瓷磚表面涂層完整均勻，涂層的附著力測試表明其附著力較強。
[0024]實施例2
一種空氣凈化磚，包括亞光磚基底，所述亞光磚基底為仿古磚基底，所述磚基底表面上附著一層厚度為Icm的光催化涂層，所述光催化涂層為C3N4/ZnO層。
[0025]其制備方法，包括以下步驟:
1)對磚基底表面預處理:先采用去離子水超聲清洗，經乙醇超聲清洗后再次去離子水超聲清洗即可;步驟I)中每次超聲清洗的時間為15min;
2)將經過預處理的磚基底在60°C下保溫40h;
3)將磚基底放入硝酸鋅與脲的混合液中浸泡72h后晾干，重復該步驟5次；
4)將磚基底倒置于步驟3)的混合液中，且距離混合液容器底部lcm，在60°C的烘箱中保溫40h，得到表面附有膠狀物的磚基底和膠狀物；
5)去除磚基體表面的不需要涂覆的膠狀物，同時對需要涂覆的磚基體表面繼續(xù)涂覆至涂覆的厚度達到lcm，將修整好的磚基體用鋁箔將其包裹后置于馬弗爐中，以20°C/min的升溫速度升至650°C，保溫1h得半成品磚；
6)將半成品磚用去離子水沖洗后置于馬弗爐中80°C下烘干即得成品。
[0026]實施例3
一種空氣凈化磚，包括磚基底，所述磚基底為玻璃基底(在其他實施例中科選擇混凝土基底或鋼鐵基底或泡沫混凝土基底，所述磚基底表面上附著一層厚度為0.5cm的光催化涂層，所述光催化涂層為C3N4/ZnO層。
[0027]所述C3N4/ZnO層采用以下方法獲得:將Zn(NO3)2和脲配置混合液，混合液中硝酸鋅的濃度為2M，脲的濃度是0.5M，在80°C下處理15h得到脲熱分解的產物與氧化鋅形成的膠狀物，并涂覆于磚基底表面，使其表面附著一層對可見光有響應的光催化材料，升溫速度為10°C/min，升溫至600°C，保溫時間為5h得半成品轉;半成品磚經水洗、烘干即得成品磚。
[0028]其制備方法，包括以下步驟:
1)對磚基底表面預處理:先采用去離子水超聲清洗，經乙醇超聲清洗后再次去離子水超聲清洗即可;步驟I)中每次超聲清洗的時間為12min;
2)將經過預處理的磚基底在80°C下保溫15h;
3)將磚基底置于硝酸鋅與脲的混合液中浸泡36h后晾干，重復該步驟4次；
4)將磚基底置于步驟3)的混合液中，且距離混合液容器底部lcm，在80°C的烘箱中保溫15h，得到表面附有膠狀物的磚基底和膠狀物；
5)去除磚基體表面的不需要涂覆的膠狀物，同時對需要涂覆的磚基體表面繼續(xù)涂覆至涂覆的厚度達到0.8cm，將修整好的磚基體用鋁箔將其包裹后置于馬弗爐中，以10°C/min的升溫速度升至600°C，保溫5h得半成品磚；
6)將半成品磚用去離子水沖洗后置于馬弗爐中70°C下烘干即得成品。
[0029]效果實驗
效果實驗1、混合液中硝酸鋅的濃度和脲的濃度不同對空氣凈化磚降解一氧化氮的影響
為了研究混合液中硝酸鋅的濃度和脲的濃度對不同對空氣凈化磚降解一氧化氮的影響，在本效果實驗中，分別制備了空氣凈化磚樣品1、2、3、4和5，制備方法參見實施例1，其中，I號樣品Zn(NO3)2與CO(NH2)2的質量比例是10:10、2號樣品Zn(NO3)2與CO(NH2)2的質量比例是3:10、3號樣品Zn(NO3)2與CO(NH2)2的質量比例是1:10、4號樣品Zn(NO3)2與CO(NH2)2的質量比例是5:10、5號樣品Zn(NO3)2與CO(NH2)2的質量比例是20:10。圖2是混合液中硝酸鋅的濃度和脲的濃度不同對空氣凈化磚降解一氧化氮的影響結果。
[0030]由圖2可以看出，隨著Zn(NO3)2的質量比例由1:10上升到3:10繼而上升到5:10，可以看出4號樣品，在Zn(NO3)2與CO(NH2)2的質量比為5:10的時候，降解一氧化氮空氣污染物的效果是最好的，在Ippm的一氧化氮的濃度下，可以降解28%的濃度值，進一步提高Zn(NO3)2的質量比例到10:10的時候，效果反而會下降，一氧化氮的降解比率下降到22%，更進一步提高Zn (NO3) 2的質量比例到20:10的時候，一氧化氮的降解效果會降低到14%，因此在Zn (NO3)2與CO(NH2)2的質量比小于1:1并且大于1:10時一氧化氮的降解率可達到20%以上，大于1:1或者小于1:10時，其降解率低于20%。
[0031 ]效果實驗2、本發(fā)明得到的空氣凈化磚在可見光范圍內光催化范圍
對效果實驗I中的樣品1、2、3和4進行UV-VIS可見光吸收光譜測試，結果見圖3所示。
[0032]由圖3可知，采用本發(fā)明制備的瓷磚在可見光范圍內具有較寬的吸收范圍，能夠應用于室內空氣污染及隧道和地下空氣污染處理，包括氣體污染物及有機水體污染物，并且在現(xiàn)有關于光催化瓷磚當中未見在可見光光照下降解污染物NO的報道。
【主權項】
1.一種空氣凈化磚，其特征在于，包括磚基底，所述磚基底表面上附著一層光催化涂層，所述光催化涂層為C3N4AnO層。2.如權利要求1所述的一種空氣凈化磚，其特征在于，所述光催化涂層的厚度為0.1?Icm03.如權利要求2所述的一種空氣凈化磚，其特征在于，所述磚基底為亞光磚基底或玻璃基底或混凝土基底或鋼鐵基底或泡沫混凝土基底。4.如權利要求3所述的一種空氣凈化磚，其特征在于，所述亞光磚基底為釉面磚基底或仿古磚基底。5.權利要求1-4任一所述的空氣凈化磚的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)對磚基底表面預處理:先采用去離子水超聲清洗，經乙醇超聲清洗后再次采用去離子水超聲清洗即可； 2)將預處理后的磚基底在60?80°C下保溫15?40h; 3)將磚基底置于硝酸鋅與脲的混合液中浸泡24?72h后晾干，重復該步驟3?5次； 4)將磚基底置于步驟3)的混合液中，在60?80°C下保溫15?40h，得到膠狀物和表面附有月父狀物的磚基底； 5)根據(jù)需要修整磚基底，即去除不需要涂覆的磚基體表面的膠狀物，同時對需要涂覆的磚基體表面繼續(xù)涂覆，將修整好的磚基體升溫至500?650°C后保溫I?1h得半成品磚；升溫時的升溫速度為5?20 °C/min; 6 )半成品磚經水洗、烘干即得成品。6.如權利要求5所述的空氣凈化磚的制備方法，其特征在于，步驟I)中，每次超聲清洗的時間為10?15min。7.如權利要求5所述的空氣凈化磚的制備方法，其特征在于，步驟3)中，混合液中硝酸鋅的濃度為0.2?3M，脲的濃度為0.2?5M，且Zn(NO3)2與CO(NH2)2的質量比1:1?I: 10。8.如權利要求5所述的空氣凈化磚的制備方法，其特征在于，步驟6)中，烘干采用的溫度為70?80°C。
【文檔編號】B01J27/24GK106039988SQ201610378276
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】魯湞湞, 劉棟, 周建庭, 陳悅
【申請人】重慶交通大學