專利名稱：一種用于自清潔玻璃的二氧化鈦溶膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化自清潔玻璃相關(guān)領(lǐng)域使用的二氧化鈦溶膠的制備方法，屬于新材料技術(shù)及新能源技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
玻璃的自清潔是指通過(guò)負(fù)載于其表面的半導(dǎo)體光催化劑薄膜如二氧化鈦薄膜等在光照下產(chǎn)生電子一空穴對(duì)并以其特有的強(qiáng)還原-氧化能力將玻璃表面幾乎所有的有機(jī)污染物完全降解為相應(yīng)的無(wú)害無(wú)機(jī)物，達(dá)到易于清潔的一種行為。高層建筑的窗玻璃、高速路的護(hù)欄等涂覆了 TiO2薄膜后將長(zhǎng)期保持自清潔功能，無(wú)需人工清洗，節(jié)省了人力物力。目前，各國(guó)自清潔產(chǎn)品的發(fā)展非常迅速。日本在納米TiO2自清潔產(chǎn)品的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)上走在世界前列。英國(guó)的皮爾金頓公司，美國(guó)的PPG公司，也都采用不同的制備方法制備并生產(chǎn)了自清潔玻璃，市場(chǎng)對(duì)其的需求急劇增大。但迄今為止，TiO2自清潔玻璃由于大多只能利用紫外光 (紫外光只占太陽(yáng)光能量的3 5%，而可見(jiàn)光則占太陽(yáng)光能量的43%)，因而對(duì)光的利用效率較低，自潔性能受到很大的影響，尤其在霧霾、陰雨天由于紫外光微弱，自清潔性能十分有限。因而開(kāi)發(fā)一種適于在玻璃表面成膜的、具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的二氧化鈦溶膠，對(duì)于提高光能利用效率和進(jìn)而提高自清潔玻璃的自清潔性能具有極其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出了一種制備工藝簡(jiǎn)單、性能良好、成本低廉、具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的二氧化鈦溶膠的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于制備自清潔玻璃的二氧化鈦溶膠的制備方法，具體包括下述步驟
步驟I :將鈦源在冰水浴中滴定至無(wú)水醇類溶劑中得到濃度為O. l-4mol/L的鈦離子的醇溶液；
步驟2 :取一定量的上述鈦離子的醇溶液，按照體積比為2 10 1的比例將雙氧水緩慢滴入醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為19Γ5%的比例加入摻雜源，攪拌均勻后在室溫下反應(yīng)陳化2飛h后得到溶膠前驅(qū)體；
步驟3 向上述前驅(qū)體中加入pH值調(diào)節(jié)劑將pH值調(diào)節(jié)至6 8得到反應(yīng)前驅(qū)體；
步驟4 :將得到的反應(yīng)前驅(qū)體在6(Γ150 下水熱處理f 48h后得到適于成膜的自清潔溶膠。進(jìn)一步，其特征在于所述的鈦源為鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯或四氯化鈦。進(jìn)一步，所采用的無(wú)水醇類溶劑為無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇、丙醇、乙二醇或丙三醇。進(jìn)一步，所采用的摻雜源為乙酸胍、尿素、鹽酸胍、硝酸胍、二聚氰胺或三聚氰胺中的一種或兩種及兩種以上的混合。進(jìn)一步，所采用的pH值調(diào)節(jié)劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉或醋酸鈉。本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明所述的用于自清潔薄膜的二氧化鈦溶膠的制備方法可以得到適于涂膜且具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的、用于自清潔玻璃制備的氮摻雜二氧化鈦溶膠，可以在有效提高成膜后自清潔玻璃對(duì)光的利用率，提高自清潔性能，有助于推進(jìn)自清潔玻璃的大規(guī)模應(yīng)用進(jìn)程。


圖I為實(shí)施例3所制備溶膠的透射電鏡照片。由圖可見(jiàn)溶膠由IOnm以下的晶體顆粒組成，而且從圖中顆粒之間的模糊物質(zhì)可以看到膠體中存在大量非晶態(tài)的膠狀物質(zhì)，有利于溶膠在玻璃表面成膜。圖2為實(shí)施例5所制備溶膠成膜后的場(chǎng)發(fā)射電鏡照片。由圖2可見(jiàn)，膜層在低倍放大條件下均勻完整。圖3為實(shí)施例5所制備溶膠的成膜后的場(chǎng)發(fā)射電鏡照片。由圖3可見(jiàn)，在高倍放大條件下，膜層由粒度為IOnm左右的均勻顆粒組成。
圖4為實(shí)施例I到4制備自清潔溶膠涂膜后薄膜接觸角隨光照時(shí)間的變化，由圖4可見(jiàn)，實(shí)施例2、3和4所制備樣品均能在可見(jiàn)光照射60 min后接觸角降至5度左右，具有較好的光致超親水性能。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I
將四氯化鈦在冰水浴中滴定至無(wú)水乙醇中得到濃度為4mol/L的鈦離子的醇溶液100ml，然后按照體積比為2 1的比例將雙氧水緩慢滴入上述醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為1%的比例加入鹽酸胍，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)陳化2h后得到溶膠前驅(qū)體，然后向上述前驅(qū)體中加入PH值調(diào)節(jié)劑氨水將pH調(diào)節(jié)至6得到反應(yīng)前驅(qū)體，最后將得到的前驅(qū)體在90°C下水熱預(yù)處理12h后得到適于成膜的用于自清潔的二氧化鈦溶膠。實(shí)施例2
將鈦酸四正丁酯在冰水浴中滴定至乙二醇中得到濃度為O. lmol/L的鈦離子的醇溶液100ml，然后按照體積比為10 1的比例將雙氧水緩慢滴入上述醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為5%的比例加入乙酸胍，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)陳化6h后得到溶膠前驅(qū)體，然后向上述前驅(qū)體中加入PH值調(diào)節(jié)劑氨水將pH調(diào)節(jié)至8得到反應(yīng)前驅(qū)體，最后將得到的前驅(qū)體在150°C下水熱預(yù)處理Ih后得到適于成膜的用于自清潔的二氧化鈦溶膠。實(shí)施例3
將鈦酸四異丙酯在冰水浴中滴定至無(wú)水甲醇中得到濃度為2mol/L的鈦離子的醇溶液100ml，然后按照體積比為4 1的比例將雙氧水緩慢滴入上述醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為2. 5%的比例加入硝酸胍，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)陳化4h后得到溶膠前驅(qū)體，然后向上述前驅(qū)體中加入PH值調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉將pH調(diào)節(jié)至7得到反應(yīng)前驅(qū)體，最后將得到的前驅(qū)體在110°C下水熱預(yù)處理4h后得到適于成膜的用于自清潔的二氧化鈦溶膠。實(shí)施例4
將四氯化鈦在冰水浴中滴定至丙三醇中得到濃度為2mol/L的鈦離子的醇溶液100ml，然后按照體積比為4 :1的比例將雙氧水緩慢滴入上述醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為3%的比例加入I :2混合好的三聚氰胺和鹽酸胍，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)陳化2h后得到溶膠前驅(qū)體，然后向上述前驅(qū)體中加入PH值調(diào)節(jié)劑碳酸鈉將pH調(diào)節(jié)至6得到反應(yīng)前驅(qū)體，最后將得到的前驅(qū)體在90°C下水熱預(yù)處理12h后得到適于成膜的用于自清潔的二氧化鈦溶膠。
實(shí)施例5
將四氯化鈦在冰水浴中滴定至丙三醇中得到濃度為1.5mol/L的鈦離子的醇溶液100ml，然后按照體積比為6 1的比例將雙氧水緩慢滴入上述醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為3%的比例加入三聚氰胺，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)陳化6h后得到溶膠前驅(qū)體，然后向上述前驅(qū)體中加入PH值調(diào)節(jié)劑氫氧化鉀將pH調(diào)節(jié)至8得到反應(yīng)前驅(qū)體，最后將得到的前驅(qū)體在60°C下水熱預(yù)處理48h后得到適于成膜的用于自清潔的二氧化鈦溶膠。實(shí)施例6
將四氯化鈦在冰水浴中滴定至乙二醇中得到濃度為2mol/L的鈦離子的醇溶液100ml，然后按照體積比為8 :1的比例將雙氧水緩慢滴入上述醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為4%的 比例加入I : I混合好的二聚氰胺和硝酸胍，攪拌均勻后室溫下反應(yīng)陳化4h后得到溶膠前驅(qū)體，然后向上述前驅(qū)體中加入PH值調(diào)節(jié)劑碳酸氫鈉將pH調(diào)節(jié)至6得到反應(yīng)前驅(qū)體，最后將得到的前驅(qū)體在140°C下水熱預(yù)處理8h后得到適于成膜的用于自清潔的二氧化鈦溶膠。
權(quán)利要求
1.一種用于制備自清潔玻璃的二氧化鈦溶膠的制備方法，其特征在于包括下述步驟 將鈦源在冰水浴中滴定至無(wú)水醇類溶劑中得到濃度為O. l-4mol/L的鈦離子的醇溶液； 取一定量的上述鈦離子的醇溶液，按照體積比為2 10 1的比例將雙氧水緩慢滴入醇溶液中，然后按質(zhì)量百分比為19Γ5%的比例加入摻雜源，攪拌均勻后在室溫下反應(yīng)陳化2飛h后得到溶膠前驅(qū)體； 向上述前驅(qū)體中加入PH值調(diào)節(jié)劑將pH值調(diào)節(jié)至6 8得到反應(yīng)前驅(qū)體； 將得到的反應(yīng)前驅(qū)體在6(T15(TC下水熱處理f 48h后得到適于成膜的自清潔溶膠。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的鈦源為鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯或四氯化鈦。
3.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所采用的無(wú)水醇類溶劑為無(wú)水甲醇、無(wú)水乙醇、丙醇、乙二醇或丙三醇。
4.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所采用的摻雜源為乙酸胍、尿素、鹽酸胍、硝酸胍、二聚氰胺或三聚氰胺中的一種或兩種及兩種以上的混合。
5.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所采用的pH值調(diào)節(jié)劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉或醋酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明一種用于制備自清潔玻璃的二氧化鈦溶膠的制備方法，步驟如下將鈦源在冰水浴中滴定至無(wú)水醇類溶劑中得到濃度為0.1-4mol/L的鈦離子的醇溶液，按照體積比為2～10∶1的比例將雙氧水緩慢滴入醇溶液中，按質(zhì)量百分比為1%～5%的加入摻雜源，攪拌均勻后在室溫下反應(yīng)陳化2～6h得到溶膠前驅(qū)體；再中加入pH值調(diào)節(jié)劑將pH值調(diào)節(jié)至6～8得到反應(yīng)前驅(qū)體，在60～150℃下水熱處理1～48h后得到適于成膜的自清潔溶膠。本發(fā)明的制備方法可以得到適于涂膜且具有可見(jiàn)光響應(yīng)能力的、用于自清潔玻璃制備的氮摻雜二氧化鈦溶膠，有效提高成膜后自清潔玻璃對(duì)光的利用率，提高自清潔性能，有助于推進(jìn)自清潔玻璃的大規(guī)模應(yīng)用進(jìn)程。
文檔編號(hào)C01G23/053GK102897833SQ20121033923
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者曹文斌, 劉文秀, 許軍娜 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)