[发明专利]纳米二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶的制备方法及透明光催化膜

说明书

技术领域

本发明属于无机金属氧化物领域，特别涉及纳米二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶的制备方法。

背景技术

在众多半导体材料中，二氧化钛以其催化活性高、稳定性好、对人体无害、可在常温常压下工作、持续作用时间长且价廉易得而备受重视。但是普通二氧化钛作为光催化剂在实际应用中易失活、易团聚、难回收而难以推广。制备二氧化钛的复合材料，使得二氧化钛的光催化、自清洁、光激发超亲水、防污、抗菌等功能得到充分利用的同时，还兼备了其它材料的优异之处。因此纳米级的二氧化钛复合材料(诸如二氧化钛/二氧化硅复合材料)可以广泛用于水性涂料、光催化剂，或食品、化妆品填料，它的粉体可用作各种添加剂。

制备二氧化钛/二氧化硅复合材料的方法主要采用传统的溶胶-凝胶法。但是，这样制得的二氧化钛/二氧化硅复合材料中的二氧化钛没有固定的晶形，光催化活性不高。需经过后期的高温热处理才能得到具有较好催化活性的锐钛矿型二氧化钛。因此传统的制备工艺存在条件苛刻、设备复杂、投资大、成本高等缺点。

现有的应用二氧化钛光催化材料作为水性涂料的工艺，往往为了降低其固化温度、提高其固化硬度需加入种类繁多的有机物质或高分子物质作为粘接剂或固化剂，这些添加剂主要有醇酸树脂、氨基树脂、纤维素衍生物、聚丙烯酸酯等，如环氧乙烯烷基酚醚、乙基羟乙基纤维素等。不仅提高了成本，而且也使这种水性环保型涂料在环保方面大打折扣。且添加的有机、高分子助剂能够被二氧化钛逐渐降解，使漆膜涂层老化加快、稳定性变差。而一些其它的光催化涂料也存在不少问题，比如：不易成膜、负载困难、对基底损伤严重、易老化、耐候性差等，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用无机低浓度钛液为原料，常压、40～100℃制备亲水性好、光催化活性高、透明性好的锐钛矿型晶化纳米二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶的方法。本方法所制备的复合溶胶稳定性高、粒径小且均一，在溶胶及其成型材料性质方面较为优越，操作简单、易于大规模生产及应用。

本发明的再一目的是利用目的一得到的纳米二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶，通过在基底上简单涂敷，在不同性质的基底上得到硬度较高的防污抗菌及自洁透明光催化膜。此方法不仅可以极大地降低成本，而且降低了对设备的要求。

本发明的原材料选择：

(1)无机低浓度钛液：选择含Ti⁴⁺离子浓度为0.01～0.50mol/L的钛液；所使用的无机低浓度钛液须经过一定纯化过程。

所述的纯化过程可以通过冷冻重结晶等方法除去杂质。

所述的钛液的来源可以通过酸解钛铁矿；酸解钛酸类化合物；四氯化钛的稀释；或硫酸钛、硫酸亚钛或硫酸氧钛水解等方法得到。

(2)二氧化硅溶胶

可使用的二氧化硅溶胶包括：市售二氧化硅水性溶胶，其技术指标为：二氧化硅粒径是8～30nm，溶胶的pH值是2～10。即一般常规酸性、中性、碱性的二氧化硅水性溶胶。要求透明性较好。

本发明的纳米二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶的制备方法包括以下步骤：

(1).可控水解制备原钛酸沉淀

将无机碱或无机酸加入到含Ti⁴⁺离子浓度为0.01～0.50mol/L的钛液中，使钛液的pH值为5～11，得到原钛酸沉淀；将此沉淀经洗涤纯化，除去杂质。

(2).制备二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶

a)在步骤(1)得到的原钛酸沉淀中先加入二氧化硅粒径是8～30nm的二氧化硅水性溶胶，其中，原钛酸与二氧化硅水性溶胶的体积比为1：0.25～5；待搅拌混合均匀后用无机碱或无机酸调节混合液的pH值为2～10，再加入过氧化氢，其中，混合液中的Ti：H₂O₂的分子摩尔数比为1～8；对混合液进行加热，温度为40～100℃，加热时间控制在0.5小时到12小时之间，得到二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶；或

b)在步骤(1)得到的原钛酸沉淀中同时加入二氧化硅粒径是8～30nm的二氧化硅水性溶胶和过氧化氢，其中，混合液中的原钛酸与二氧化硅水性溶胶的体积比为1：0.25～5，Ti：H₂O₂的分子摩尔数比为1～8；待搅拌混合均匀后用无机碱或无机酸调节混合液的pH值为2～10，对混合液进行加热，温度为40～100℃，加热时间控制在0.5小时到12小时之间，得到二氧化钛/二氧化硅复合光催化溶胶；或