專利名稱：一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料及其制備方法，屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種在室內(nèi)自然光下或太陽光照射下具有高效無污染的抗菌殺菌和降解空氣中有機(jī)污染物功能的光催化環(huán)保涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的日益提高，購買汽車、室內(nèi)裝修及豪華家居成為人們追求舒適生活的其中一部分。而家庭裝修和豪華家居所使用的涂料、油漆、泡沫填料等材料中含有甲醛、苯系物等污染氣體和汽車尾氣排除的危害氣體造成了室內(nèi)的空氣污染和室外的大氣污染，尤其是室內(nèi)空氣中的甲醛、苯系物等對人類健康帶來極大的傷害。據(jù)中國疾病預(yù)防控制中心統(tǒng)計(jì)和中國流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)顯示90%以上新裝修房甲醛超標(biāo)，90%白血病患兒、70%不孕不育患者、40%新增癌癥患者與新裝修有關(guān)。由此可見，室內(nèi)空氣污染物已成為城市居民尤其是老人、孕婦、兒童健康的頭號“殺手”。自從1972年二氧化鈦被證明具有光催化性能以來，光催化氧化技術(shù)被認(rèn)為是解決持久性有機(jī)物污染問題的最有應(yīng)用前景的技術(shù)之一，近些年來在國內(nèi)外被廣泛研究。光催化氧化技術(shù)可以直接利用光源，不但能直接分解空氣污染物，而且將揮發(fā)性有機(jī)物(VOC) 最終轉(zhuǎn)化為對人體無害的(X)2和H2O,無二次污染，但以二氧化鈦為代表的傳統(tǒng)光催化納米材料只能吸收波長小于387nm的紫外光，在紫外光較弱的室內(nèi)環(huán)境利用率低，光生電子-空穴對容易復(fù)合，光催化效果并不顯著，其應(yīng)用受到極大有限。開發(fā)和研制一種高效利用室內(nèi)自然光源和室外太陽光的高量子效率的光催化材料已成為當(dāng)前國際材料領(lǐng)域的重大前沿科學(xué)探索之一。近些年，鉍系光催化材料以其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的可見光吸收能力擁有較高的有機(jī)物降解能力，引起了研究者們的極大興趣。其中以鹵氧鉍BiOX(X = Cl，Br，I)研究較多，鹵氧鉍的晶體結(jié)構(gòu)為PbFCl型，是一種具有高度各向異性的層狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體?；诿芏确汉碚?DFT)和緊束縛線性丸盒軌道 (TB-LMTO)方法研究發(fā)現(xiàn)BiOX(X = Cl，Br，I)為間接帶隙半導(dǎo)體，其帶隙分別是BiOCl約為 2. 92-3. 2eV, BiOBr約為2. 54-2. 84eV，BiOI約為1. 76-1. 85eV ；試驗(yàn)還證明鹵氧鉍的光催化活性高于商品TiO2 (P25)，且隨鹵原子序數(shù)增加光催化活性逐漸增強(qiáng)。此外，鹵氧化鉍也具有很高的穩(wěn)定性，借助于不同鹵素原子的摻雜改性，鹵氧鉍的光催化性能得到進(jìn)一步改善；通過晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成可以得到高活性的鹵氧鉍化合物光催化材料(化學(xué)進(jìn)展，2010，22 (12) 2282)。黃富強(qiáng)等人(中國專利CN101020143)公開指出鹵氧化鉍BiOX(X = Cl，Br，I)半導(dǎo)體材料，其具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，良好的光性能和催化性能，并考察了 BiOX在紫外光照射下對有機(jī)有害氣體甲醛的降解效果，實(shí)驗(yàn)表明BiOX對甲醛的降解率均超過了 90%，高于商品化P25(Ti02)降解率81% ；另外，實(shí)驗(yàn)證明了 BiOX光催化材料殺除大腸桿菌和金黃色葡萄菌的效果均優(yōu)于P25 (TiO2)。近年來，納米材料被逐步應(yīng)用在光催化涂料領(lǐng)域。尤其在現(xiàn)有納米光催化納米材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究開發(fā)光催化涂料，將其應(yīng)用在清除污垢、室內(nèi)凈化及殺菌等環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域里，諸多文獻(xiàn)和專利已經(jīng)報(bào)道。鑒于上述研究現(xiàn)狀和技術(shù)特征，本發(fā)明提供了一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料及其制備方法，特別是一種在室內(nèi)自然光下或太陽光照射下具有高效無污染的抗菌殺菌和降解空氣中有機(jī)污染物功能的光催化環(huán)保涂料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料及其制備方法，其目的在于克服現(xiàn)有光催化納米涂料的光響應(yīng)范圍窄、光催化效率不高、不能在室內(nèi)自然光下有效的抗菌殺菌和降解有毒空氣污染物的不足之處；將相似晶體結(jié)構(gòu)的紫外光或可見光吸收性能較好的鹵氧鉍 BiOX(X = Cl，Br, I)光催化材料，或經(jīng)過其復(fù)合協(xié)同作用，制得一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，使之在室內(nèi)自然光下或太陽光照射下具有高效無污染的抗菌殺菌和降解空氣中有機(jī)污染物的功能。本發(fā)明一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于是一種用作內(nèi)外墻涂料在室內(nèi)自然光下或太陽光照射下具有高效無污染的抗菌殺菌和降解空氣中有機(jī)污染物功能的涂料， 該涂料是由商氧鉍光催化粉體、填料助劑和水組成，其中商氧鉍光催化粉體含量占涂料總質(zhì)量百分比1-10%，填料助劑含量占涂料總質(zhì)量百分比40-80%，其余為水。如上所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于鹵氧鉍光催化粉體是片狀微納結(jié)構(gòu)粉末，其片狀厚度l-20nm，直徑為200-500nm。如上所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于鹵氧鉍光催化粉體是由氯氧鉍、溴氧鉍和碘氧鉍組成，其中氯氧鉍溴氧鉍碘氧鉍的質(zhì)量比為1 0-4 0-5。如上所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于涂料所用填料助劑由如下材料按質(zhì)量百分比組成硅丙乳液(10-25% )、高嶺土(5-15% )、重質(zhì)碳酸鈣(5-15% )、輕質(zhì)碳酸鈣(5-15% )、硅灰石粉(10-15% )、消泡劑為專用消泡劑BX-852 (0. 05-0. 5% )、防霉劑為涂料防霉劑HR-0622(0. 01-0. 05% )、分散劑(5-20% )、增稠劑(0. 5-2% )和成膜助劑 (1-2% )。如上所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于所述的分散劑選自聚磷酸鹽和聚羧酸鹽中的任一種，增稠劑選自締合型SN-612和SN-632中的任一種，成膜助劑選自乙
二醇和丙二醇中的任一種。如上所述的一種鹵氧鉍環(huán)保涂料的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行I、首先按照質(zhì)量比為1 0-4 0-5秤取氯氧鉍、溴氧鉍和碘氧鉍粉末，使其混合均勻形成鹵氧鉍光催化粉體，待用；II、將鹵氧鉍光催化粉體1-10%、分散劑1-2%、硅丙乳液3-10%和水5_15%放入攪拌機(jī)中，以400-1200rpm轉(zhuǎn)速攪拌10-15min，制得鹵氧鉍光催化乳漿，待用；III、將填料高嶺土 1_15%，重質(zhì)碳酸鈣5-15%，輕質(zhì)碳酸鈣5_20%，硅灰石粉 10-15%，消泡劑0. 05-0. 5%，分散劑5-10%加入步驟II所制備的乳漿中，并加水10-20% 至攪拌機(jī)中，以400-1200rpm轉(zhuǎn)速攪拌10-20min，然后使用砂磨機(jī)研磨20-30min，所得樣品待用；IV、最后將步驟III樣品與硅丙乳液10-15 %、成膜助劑1_2 %、消泡劑0. 05-0. 5%、分散劑1-8%、增稠劑0. 5-2%、防霉劑0. 02-0. 1 %和水5-15%混合，在攪拌機(jī)中以400-1200rpm轉(zhuǎn)速攪拌10-30min，攪拌均勻至粘度為流出時(shí)間60_150s (根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1723-1993，采用涂-4粘度計(jì)進(jìn)行測試)，經(jīng)過濾獲得研細(xì)程度為細(xì)度小于10微米的鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1)室內(nèi)自然光(考慮到涂料的現(xiàn)實(shí)使用環(huán)境)照射下可以實(shí)現(xiàn)良好的抗菌殺菌和高效的光催化降解有毒空氣污染物效果，在室外太陽光照射下更加有效的去污和降解空氣中的污染氣體，其中空氣污染物初始濃度對其光催化活性影響很小，對新裝修的室內(nèi)環(huán)境凈化效果尤為顯著； 2)采用了環(huán)保原材料，涂料制備過程和使用中無環(huán)境污染，光催化涂料清潔無毒， 更有利于人體健康，使用更加安全可靠，而且將空氣中有毒污染物徹底氧化生成二氧化碳和水后其自身的各種性能保持不變，長期保持穩(wěn)定的抗菌殺菌和降解室內(nèi)空氣污染物功能；3)選擇性能較好，對底層有機(jī)物質(zhì)不造成損害，涂料自身顏色較淺，顏色調(diào)配多樣化，不影響室內(nèi)美觀；4)耐候性、耐粘污性、耐洗刷性等基本性能提升，室外環(huán)境使用壽命長；5)制備工藝簡單，原料易得成本低，性價(jià)比高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1本發(fā)明BiOCl/BiOBr光催化環(huán)保涂料的制備步驟如下(按質(zhì)量百分比計(jì))I、首先按照質(zhì)量比為1 2秤取氯氧鉍、溴氧鉍粉末，使其混合均勻形成BiOCl/ BiOBr光催化粉體，待用；II、將BiOCl/BiOBr光催化粉體3%、分散劑為聚磷酸鹽1. 5%、硅丙乳液5%和水 10%放入攪拌機(jī)中，以400rpm轉(zhuǎn)速攪拌15min，制得BiOCl/BiOBr光催化乳漿，待用；III、將填料高嶺土 7 %，重質(zhì)碳酸鈣8 %，輕質(zhì)碳酸鈣10 %，硅灰石粉12 %，消泡劑為專用消泡劑BX-8520. 2%，分散劑為聚磷酸鹽8%加入步驟II所制備的乳漿中，并加水 15%至攪拌機(jī)中，以900rpm轉(zhuǎn)速攪拌15min，然后使用砂磨機(jī)研磨20min，待用；IV、最后將步驟III樣品與硅丙乳液10%，成膜助劑為乙二醇1%、消泡劑為專用消泡劑BX-8520. 1%，分散劑為聚磷酸鹽1. 5 %，增稠劑為締合型SN-6121. 3 %，防霉劑為涂料防霉劑HR-06220. 02%和水約8%混合，在攪拌機(jī)中以900rpm轉(zhuǎn)速攪拌20min，攪拌均勻至粘度為流出時(shí)間90s (根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1723-1993，采用涂-4杯粘度計(jì)進(jìn)行測試)，經(jīng)過濾獲得研細(xì)程度為細(xì)度小于10微米的BiOCl/BiOBr光催化環(huán)保涂料。實(shí)施方式2本發(fā)明BiOCl/BiOI光催化環(huán)保涂料的制備步驟如下(按質(zhì)量百分比計(jì))I、首先按照質(zhì)量比為1 3秤取氯氧鉍、碘氧鉍粉末，使其混合均勻形成BiOCl/ BiOI光催化粉體，待用；II、將BiOCl/BiOI光催化粉體4%、分散劑為聚羧酸鹽2%、硅丙乳液4. 5%和水 11%放入攪拌機(jī)中，以500rpm轉(zhuǎn)速攪拌20min，制得BiOCl/BiOI光催化乳漿，待用；
III、將填料高嶺土 7.5%，重質(zhì)碳酸鈣6.5%，輕質(zhì)碳酸鈣11%，硅灰石粉10%，消泡劑為專用消泡劑BX-8520.2%，分散劑為聚羧酸鹽8. 5%加入步驟II所制備的乳漿中，并加水14%至攪拌機(jī)中，以900rpm轉(zhuǎn)速攪拌15min，然后使用砂磨機(jī)研磨20min，待用；IV、最后將步驟III樣品與硅丙乳液8. 5%，成膜助劑為丙二醇1. 5%、消泡劑為專用消泡劑BX-8520. 2 %，分散劑為聚羧酸鹽2 %，增稠劑為締合型SN-6321 %，防霉劑為涂料防霉劑HR-06220. 02%和水約8%混合，在攪拌機(jī)中以800rpm轉(zhuǎn)速攪拌20min，攪拌均勻至粘度為流出時(shí)間90s (根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1723-1993，采用涂-4杯粘度計(jì)進(jìn)行測試)，經(jīng)過濾獲得研細(xì)程度為細(xì)度小于10微米的BiOCl/BiOI光催化環(huán)保涂料。實(shí)施方式3本發(fā)明BiOCl/BiOBr/BiOI光催化環(huán)保涂料的制備步驟如下(按質(zhì)量百分比計(jì))I、首先按照質(zhì)量比為1 1 2秤取氯氧鉍、溴氧鉍、碘氧鉍粉末，使其混合均勻形成Bi0Cl/Bi0Br/Bi0I光催化粉體，待用；II、將BiOC1 /BiOBr/Bi01光催化粉體4 %、分散劑為聚磷酸鹽2. 5 %、硅丙乳液 5. 5%和水12%放入攪拌機(jī)中，以400rpm轉(zhuǎn)速攪拌15min，制得BiOCl/BiOI光催化乳漿，待用；III、將填料高嶺土 10%，重質(zhì)碳酸鈣6%，輕質(zhì)碳酸鈣7%，硅灰石粉9%，消泡劑為專用消泡劑BX-8520. 3%，分散劑為聚磷酸鹽10%加入步驟II所制備的乳漿中，并加水 15%至攪拌機(jī)中，以900rpm轉(zhuǎn)速攪拌15min，然后使用砂磨機(jī)研磨20min，待用；IV、最后將步驟III樣品與硅丙乳液8%，成膜助劑為丙二醇1.5%、消泡劑為專用消泡劑BX-8520. 2 %，分散劑為聚磷酸鹽1. 5 %，增稠劑為締合型SN-6120. 8 %，防霉劑為涂料防霉劑HR-06220. 05%和水約7%混合，在攪拌機(jī)中以IOOOrpm轉(zhuǎn)速攪拌20min，攪拌均勻至粘度為流出時(shí)間120s (根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1723-1993，采用涂-4杯粘度計(jì)進(jìn)行測試)， 經(jīng)過濾獲得研細(xì)程度為細(xì)度小于10微米的BiOCl/BiOI光催化環(huán)保涂料。實(shí)施方式4樣品涂覆在平板玻璃上進(jìn)行試驗(yàn)測試在清潔處理后的平板玻璃表面均勻刷涂一層市場銷售的普通內(nèi)墻涂料，自然干燥。分別在不同樣片表面刷涂一層實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3制得的各種環(huán)保涂料，自然晾干，將其依次編號為1#、2#、3#。表1室內(nèi)自然光下不同涂料對大腸桿菌的殺菌率和對甲醛、甲苯、苯酚的光催化降解率
權(quán)利要求
1.一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于是一種用作內(nèi)外墻涂料在室內(nèi)自然光下或太陽光照射下具有高效無污染的抗菌殺菌和降解空氣中有機(jī)污染物功能的涂料，該涂料是由鹵氧鉍光催化粉體、填料助劑和水組成，其中商氧鉍光催化粉體含量占涂料總質(zhì)量百分比1-10% ；填料助劑含量占涂料總質(zhì)量百分比40-80%，其余為水。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于鹵氧鉍光催化粉體是片狀微納結(jié)構(gòu)粉末，其片狀厚度l-20nm，直徑為200-500nm。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于鹵氧鉍光催化粉體是由氯氧鉍、溴氧鉍和碘氧鉍組成，其中氯氧鉍溴氧鉍碘氧鉍的質(zhì)量比為 1:0-4: 0-5。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于涂料所用填料助劑由如下材料按質(zhì)量百分比組成硅丙乳液(10-25% )、高嶺土(5-15% )、重質(zhì)碳酸鈣(5-15% )、輕質(zhì)碳酸鈣(5-15% )、硅灰石粉(10-15% )、消泡劑為專用消泡劑 BX-852 (0. 05-0. 5% )、防霉劑為涂料防霉劑 HR-0622 (0. 01-0. 05% )、分散劑(5-20% )、增稠劑(0. 5-2% )和成膜助劑(1-2% )。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料，其特征在于所述的分散劑選自聚磷酸鹽和聚羧酸鹽中的任一種，增稠劑選自締合型SN-612和SN-632中的任一種，成膜助劑選自乙二醇和丙二醇中的任一種。
6.權(quán)利要求1所述的一種鹵氧鉍環(huán)保涂料的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行I、首先按照質(zhì)量比為1 0-4 0-5秤取氯氧鉍、溴氧鉍和碘氧鉍粉末，使其混合均勻形成鹵氧鉍光催化粉體，待用；II、將鹵氧鉍光催化粉體1-10%、分散劑1-2%、硅丙乳液3-10%和水5-15%放入攪拌機(jī)中，以400-1200rpm轉(zhuǎn)速攪拌10-15min，制得鹵氧鉍光催化乳漿，待用；III、將填料高嶺土1-15%，重質(zhì)碳酸鈣5-15%，輕質(zhì)碳酸鈣5-20%，硅灰石粉 10-15%，消泡劑0. 05-0. 5%，分散劑5-10%加入步驟II所制備的乳漿中，并加水10-20% 至攪拌機(jī)中，以400-1200rpm轉(zhuǎn)速攪拌10-20min，然后使用砂磨機(jī)研磨20-30min，所得樣品待用；IV、最后將步驟III樣品與硅丙乳液10-15%、成膜助劑1-2 %、消泡劑0. 05-0. 5 %、 分散劑1-8 %、增稠劑0. 5-2 %、防霉劑0. 02-0. 1 %和水5_15 %混合，在攪拌機(jī)中以 400-1200rpm轉(zhuǎn)速攪拌10-30min，攪拌均勻至粘度為流出時(shí)間60_150s (根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T 1723-1993，采用涂-4粘度計(jì)進(jìn)行測試)，經(jīng)過濾獲得研細(xì)程度為細(xì)度小于10微米的鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料。
全文摘要
一種鹵氧鉍光催化環(huán)保涂料及其制備方法，屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種在室內(nèi)自然光下或太陽光照射下具有高效無污染的抗菌殺菌和降解空氣中有機(jī)污染物功能的光催化環(huán)保涂料及其制備方法。其特征在于是一種用作內(nèi)外墻涂料在室內(nèi)自然光下或太陽光照射下具有高效無污染的抗菌殺菌和降解空氣中有機(jī)污染物功能的涂料，該涂料是由鹵氧鉍光催化粉體、填料助劑和水組成，其中鹵氧鉍光催化粉體含量占涂料總質(zhì)量百分比1-10％；填料助劑含量占涂料總質(zhì)量百分比40-80％，其余為水。該涂料可廣泛應(yīng)用于建筑內(nèi)、外墻的表面，光催化效率高，穩(wěn)定性好，涂層結(jié)合牢固，不易變色，成本低，制備簡單。
文檔編號C09D133/04GK102229769SQ201110110150
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者丁光月, 侯紅串, 史竹青, 張小超, 李雙志, 梁鎮(zhèn)海, 樊彩梅, 王韻芳 申請人:太原理工大學(xué)