一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝及其應(yīng)用方法
【專利摘要】一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝及其應(yīng)用方法，粘結(jié)劑制備是將乳化劑、水和甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的混合物攪拌預(yù)乳化；加引發(fā)劑得種子乳液；再將甲基丙烯酸羥丙酯與丙烯酸的混合物和引發(fā)劑緩滴到種子乳液中；升溫后加引發(fā)劑得水性丙烯酸酯聚合物乳液；再加入固化劑得到粘結(jié)劑。應(yīng)用時(shí)先吹掃載體，將粘結(jié)劑乳液噴涂載體表面并晾干，再將光催化劑噴涂在載體表面，高溫下固化交聯(lián)。本發(fā)明在載體表面噴涂粘結(jié)劑干燥后得一層柔軟且具粘性的薄膜，當(dāng)再噴涂光催化劑時(shí)能夠很容易粘附上去，高溫后變得硬而韌，從而增加粘結(jié)強(qiáng)度，使催化劑難以從載體上脫落。同時(shí)，也保證了光催化劑裸露在載體的表面，有助于光催化劑效能的發(fā)揮。
【專利說明】
一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝，以及利用該粘結(jié)劑粘連光催化劑到載體上的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，由此所帶來的環(huán)境問題引起了人們?nèi)找骊P(guān)注。水污染，大氣污染等問題影響了人們的身體健康，導(dǎo)致了各種疾病的發(fā)生。環(huán)境污染問題限制了中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的能力。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在有機(jī)污染物的各種治理方法中，光催化技術(shù)因其具有能耗低、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速率快等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前世界有機(jī)污染物治理的主流研究方向。
[0004]光催化技術(shù)是在20世紀(jì)70年代誕生的基礎(chǔ)納米技術(shù)，光催化劑也稱之為光觸媒， 是在光子的激發(fā)下能夠起到催化作用的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，一般是指波長(zhǎng)在400nm以下的紫外光的照射下具有光催化作用的物質(zhì)。所謂光催化，是通過400nm以下的紫外光激發(fā)而生成并在表面擴(kuò)散開來的空穴和電子與在其表面吸附的分子進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，通過該氧化還原反應(yīng)而將吸附于催化劑表面的有機(jī)物分解。
[0005]世界上能作為光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦(Ti02)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫 (Sn02)、二氧化鋯(Zr02)、硫化鎘(CdS )等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體。作為光催化劑的代表， 二氧化鈦(Ti02)具有催化活性高、熱穩(wěn)定性能好、使用壽命長(zhǎng)、生物相容性好、抗腐蝕性能強(qiáng)等特點(diǎn)，倍受青睞。但是在光催化劑的工業(yè)化應(yīng)用過程中，需要解決光催化劑與反應(yīng)物的分離問題，同時(shí)還需要使光催化劑負(fù)載在特定的載體上，避免光催化劑的流失，因此光催化劑的負(fù)載技術(shù)成為其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
[0006]目前常用的催化劑負(fù)載技術(shù)主要有吸附法，如專利CN 103934008提到了將磷酸銀光催化劑在酸處理過的埃洛石表面進(jìn)行沉淀反應(yīng)，得到埃洛石負(fù)載的磷酸銀光催化劑。 但是這種方法存在的問題是磷酸銀的光催化活性不高，且價(jià)格較貴，雖然有部分磷酸銀沉積在埃洛石內(nèi)部孔洞內(nèi)，但大部分附著在埃洛石表面的光催化劑很容易脫落。還有一種方法是先制備光催化劑前驅(qū)體，如專利CN 103861634,再將特定的載體浸漬在前驅(qū)體溶液中， 最后將特定的載體從前驅(qū)體溶液中取出，進(jìn)行焙燒后，得到負(fù)載光催化劑的載體，這種方法同樣存在著附著力較差，且原位制備的光催化劑活性不高的問題。
[0007]商品化的二氧化鈦(Ti02)光催化劑活性高，且可以穩(wěn)定地規(guī)?；a(chǎn)，但是其為固體粉末形式，難以負(fù)載到特定的載體上，一般采用與粘結(jié)劑混合的方法，將粘結(jié)劑涂敷到載體表面，從而使光催化劑固定在載體上。這種方法避免了光催化劑的脫落問題，但是光催化劑的表面被涂層覆蓋，嚴(yán)重影響了其光催化的效果。專利CN101485974提供了一種先在載體表面涂敷硅溶膠作為粘結(jié)劑，再噴涂二氧化鈦(Ti02)懸浮液，干燥后即得到負(fù)載光催化劑的載體。這種方法能夠保證光催化劑裸露在載體表面，有助于光催化性能的發(fā)揮，但是硅溶膠在成膜過程中體積收縮較大，涂膜易開裂，容易引起涂層脫落，導(dǎo)致光催化劑從載體上脫離。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提供一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝及其應(yīng)用方法，使光催化劑粉末能夠牢固地負(fù)載在特定的載體上，并且其表面裸露在空氣中，從而能夠充分發(fā)揮光催化性能。
[0009]本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案解決了其技術(shù)問題。
[0010]本發(fā)明所述的光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝，其粘結(jié)劑根據(jù)以下步驟制備: 水性丙烯酸酯聚合物乳液的合成，其中各組分的含量以水性丙烯酸酯聚合物乳液總量的重量百分比計(jì)算，(1)將乳化劑〇.05?1.5%、水50?70%和甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的混合物 15?35%在常溫下進(jìn)行攪拌預(yù)乳化，所述甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的混合物中甲基丙烯酸甲酯含量為該混合物重量的50?70% ;(2)加入引發(fā)劑，控制反應(yīng)溫度在75?85°C，反應(yīng)時(shí)間20min?30min，得到種子乳液；(3)再將甲基丙烯酸羥丙酯與丙烯酸的混合物9?15%和引發(fā)劑，緩慢滴加到種子乳液中反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間3?4小時(shí)，所述甲基丙烯酸羥丙酯和丙烯酸的混合物中甲基丙烯酸羥丙酯含量為該混合物重量的90?95% ;(4)升溫至90?95°C，補(bǔ)加引發(fā)劑，反應(yīng)時(shí)間1小時(shí)，得到水性丙烯酸酯聚合物乳液； 制備含固化劑的水性丙烯酸酯聚合物乳液:(5)在上述水性丙烯酸酯聚合物乳液中加入含有異氰酸酯活性基團(tuán)的水性交聯(lián)固化劑乳液，其用量為所含異氰酸酯活性基團(tuán)摩爾數(shù)是上述水性丙烯酸酯聚合物乳液中甲基丙烯酸羥丙酯分子摩爾數(shù)的〇.7?0.9倍，混合攪拌后最終得到含固化劑的水性丙烯酸酯聚合物乳液，即為光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑。
[0011]上述的乳化劑為烷基酚基聚氧乙烯醚與十二烷基硫酸鈉的混合物，其中烷基酚基聚氧乙烯醚的含量為該混合物重量的50%。
[0012]上述的乳化劑也可以是烷基酚基聚氧乙烯醚與十二烷基苯磺酸鈉的混合物，其中烷基酚基聚氧乙烯醚的含量為該混合物重量的50%。
[0013]上述的引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀，其總用量為水性丙烯酸酯聚合物乳液總量的0.5%?1%，其中在步驟(2)加入40%，步驟(3)加入40%，步驟(4)加入20%。
[0014]本發(fā)明所述的光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的應(yīng)用方法，采用以下列步驟使用本發(fā)明粘結(jié)劑將光催化劑負(fù)載在載體上:(1)將光催化劑載體進(jìn)行空氣吹掃，除去表面吸附的顆粒和粉塵；(2)將粘結(jié)劑乳液采用噴涂或浸漬的方法涂敷在載體表面，涂層厚度在0.1?0.5mm之間，在溫度在10?45°C狀態(tài)下晾24小時(shí)；(3)將光催化劑粉末噴灑或噴涂或加水配成濃度30?50%的懸浮液的形式噴涂在載體表面，使其粘附在載體表面的粘結(jié)劑上，控制光催化劑用量為1?2g/m2;(4)將表面負(fù)載光催化劑的載體在120°C溫度下進(jìn)行固化交聯(lián)1小時(shí)，使表面涂層硬化，即完成將光催化劑負(fù)載在載體上。。
[0015]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在于當(dāng)粘結(jié)劑采用噴涂或浸漬的方法粘附在載體表面時(shí)， 干燥后得到的是一層柔軟而具有粘性的薄膜。當(dāng)光催化劑噴灑或噴涂在載體表面時(shí)，能夠很容易的粘附在具有粘性的薄膜表面。再通過高溫交聯(lián)使涂層變得硬而韌，增加了光催化劑在薄膜表面的粘結(jié)強(qiáng)度，使催化劑難以從載體上脫落。同時(shí)，這種負(fù)載方法也保證了光催化劑裸露在載體的表面，有助于光催化劑效能的發(fā)揮?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0017]—、光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的合成。
[0018]實(shí)施例1在反應(yīng)釜中加入烷基酚聚氧乙烯醚(〇P-l〇)〇.375g，十二烷基苯磺酸鈉0.375g (合計(jì)0.75g)，去離子水105g，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯混合物30g (其中甲基丙烯酸甲酯21g，丙烯酸丁酯9g)，混合預(yù)乳化后，加入0.3g過硫酸銨，升溫至75°C反應(yīng)30min。
[0019]將甲基丙烯酸羥丙酯和丙烯酸混合物13.5g (其中甲基丙烯酸羥丙酯12.15g，丙烯酸1.35g)，過硫酸銨0.3g緩慢滴加到反應(yīng)釜中，反應(yīng)3小時(shí)。
[0020]升溫至90°C，再補(bǔ)加0.15g過硫酸銨，反應(yīng)1小時(shí)。
[0021]降至室溫后，加入60g水性固化劑HR-0320 (NC0含量4.5% )，得到水性粘結(jié)劑。
[0022]實(shí)施例2在反應(yīng)釜中加入烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10) 1.5g，十二烷基硫酸鈉1.5g (合計(jì)3g)，甲基丙烯酸甲酯35g，丙烯酸丁酯35g，去離子水100g混合預(yù)乳化后，加入0.8g份過硫酸銨， 升溫至85°C反應(yīng)20min。
[0023]將23.75g甲基丙烯酸羥丙酯和1.25g丙烯酸混合，加入0.8g過硫酸銨，緩慢滴加到反應(yīng)爸中，反應(yīng)4小時(shí)。
[0024]升溫至95°C，再補(bǔ)加0.4g過硫酸銨，反應(yīng)1小時(shí)。
[0025]降至室溫后，加入135g水性固化劑HR-0310 (NC0含量4.5% )，得到水性粘結(jié)劑。
[0026]實(shí)施例3在反應(yīng)釜中將十二烷基硫酸鈉5g，甲基丙烯酸甲酯75g，丙烯酸丁酯50g，去離子水 300g混合預(yù)乳化后，加入2g過硫酸鉀，升溫至80°C反應(yīng)25min。
[0027]將60.45g甲基丙烯酸羥丙酯和4.55g丙烯酸混合，加入2g份過硫酸銨，緩慢滴加到反應(yīng)釜中，反應(yīng)3.5小時(shí)。
[0028]升溫至95°C，再補(bǔ)加lg過硫酸銨，反應(yīng)1小時(shí)。
[0029]降至室溫后，加入310g水性固化劑HR-0310 (NC0含量4.5% )，得到水性粘結(jié)劑。
[0030]二、光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的應(yīng)用方法。
[0031]實(shí)施例4將碳纖維氈布(光催化劑載體)進(jìn)行表面空氣吹掃，然后將實(shí)施例1或2或3所制備水性粘結(jié)劑噴灑在氈布上，控制涂層厚度在0.5mm，并在45°C下晾24小時(shí)。
[0032]將Ti02光催化劑粉末P25 (Evonik)配成含量40%的懸浮液并噴涂在碳纖維氈布表面，控制光催化劑用量為lg/m2,然后室溫晾干。
[0033]將晾干后的碳纖維氈布放在120°C烘箱中固化交聯(lián)1小時(shí)，得到表面負(fù)載光催化劑的碳纖維氈布。
[0034]實(shí)施例5 將具有蜂窩結(jié)構(gòu)的光催化劑載體進(jìn)行表面空氣吹掃，然后在實(shí)施例1或2或3所制備的水性粘結(jié)劑中反復(fù)浸漬多次，使涂層厚度在0.1mm左右，取出后在10°C晾24小時(shí)。
[0035] 將T12光催化劑粉末P25 (Evonik)均勻噴灑在蜂窩結(jié)構(gòu)載體表面，控制光催化劑用量為2g/m2，然后放置在120°C烘箱中固化交聯(lián)I小時(shí)，得到表面負(fù)載光催化劑的載體。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝，其特征在于:所述的粘結(jié)劑制備根據(jù)以下步驟:水性丙烯酸酯聚合物乳液的合成，其中各組分的含量以水性丙烯酸酯聚合物乳液總量 的重量百分比計(jì)算，(1)將乳化劑0.05?1.5%、水50?70%和甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的混合物 15?35%在常溫下進(jìn)行攪拌預(yù)乳化；(2)加入引發(fā)劑，控制反應(yīng)溫度在75?85°C，反應(yīng)時(shí)間20min?30min，得到種子乳液；(3)再將甲基丙烯酸羥丙酯與丙烯酸的混合物9?15%和引發(fā)劑，緩慢滴加到種子乳 液中反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間3?4小時(shí)；(4)升溫至90?95°C，補(bǔ)加引發(fā)劑，反應(yīng)時(shí)間1小時(shí)，得到水性丙烯酸酯聚合物乳液；制備含固化劑的水性丙烯酸酯聚合物乳液:(5)在上述水性丙烯酸酯聚合物乳液中加入含有異氰酸酯活性基團(tuán)的水性交聯(lián)固化劑 乳液，其用量為所含異氰酸酯活性基團(tuán)摩爾數(shù)是上述水性丙烯酸酯聚合物乳液中甲基丙烯 酸羥丙酯分子摩爾數(shù)的〇.7?0.9倍，混合攪拌后最終得到含固化劑的水性丙烯酸酯聚合 物乳液，即為光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑，所述的乳化劑為烷基酚基聚氧乙烯醚與十二烷基硫酸鈉的混合物；或者烷基酚基聚氧 乙烯醚與十二烷基苯磺酸鈉的混合物，所述的引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀，其總用量為水性丙烯酸酯聚合物乳液總量的 0.5%?1%，其中在步驟(2)加入40%，步驟(3)加入40%，步驟(4)加入20%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝，其特征在于:所述 烷基酚基聚氧乙烯醚與十二烷基硫酸鈉混合物中烷基酚基聚氧乙烯醚的含量為該混合物 重量的50%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝，其特征在于:所述 烷基酚基聚氧乙烯醚與十二烷基苯磺酸鈉混合物中烷基酚基聚氧乙烯醚的含量為該混合 物重量的50%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝，其特征在于:所 述甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的混合物，其中甲基丙烯酸甲酯含量為該混合物重量的 50 ?70%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的制造工藝，其特征在于:所 述甲基丙烯酸羥丙酯和丙烯酸的混合物，其中甲基丙烯酸羥丙酯含量為該混合物重量的 90 ?95%。6.—種光催化劑負(fù)載用粘結(jié)劑的應(yīng)用方法，其特征在于:以下列步驟使用權(quán)利要求1 所述的粘結(jié)劑將光催化劑負(fù)載在載體上:(1)將光催化劑載體進(jìn)行空氣吹掃，除去表面吸附的顆粒和粉塵；(2)將粘結(jié)劑乳液采用噴涂或浸漬的方法涂敷在載體表面，涂層厚度在0.1?0.5mm之 間，在溫度在10?45°C狀態(tài)下晾24小時(shí)；(3)將光催化劑粉末噴灑或噴涂或加水配成濃度30?50%的懸浮液的形式噴涂在載 體表面，使其粘附在載體表面的粘結(jié)劑上，控制光催化劑用量為1?2g/m2;(4)將表面負(fù)載光催化劑的載體在120°C溫度下進(jìn)行固化交聯(lián)1小時(shí)，使表面涂層硬化，即完成將光催化劑負(fù)載在載體上。
【文檔編號(hào)】C08G18/62GK105985748SQ201510098670
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日
【發(fā)明人】陳春民
【申請(qǐng)人】上海中輝利華環(huán)境科技有限公司