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光触媒涂料的研究与分析

光触媒涂料的研究与分析

光触媒活性涂料是将纳米粒子相与涂料组分复合而得,由于纳米材料具有许多独特的性质,如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等,从而赋予涂料不同于常规的光学、电学和磁学性能,而且还可以提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等力学性能。

同时由于纳米材料的光催化活性,在涂料中引入纳米粒子相,使得涂料也获得光催化活性,以此来达到环保的目的。

1 实验部分

1.1 光触媒涂料的制备传统的制备方法是将纳米二氧化钛混合引入常规涂料中,但是制得的涂料光催化效果并不好,究其原因是,直接混合容易导致光催化剂被涂料组分包覆而丧失光催化性能。

所以笔者采用在常规涂料表面涂敷光催化剂的方法,即在经过清洁处理后的玻璃板上面先涂刷一层常规的未加光催化剂的涂料(自制),自然干燥,然后将制得的具有光催化性能的锐钛矿型二氧化钛通过一定方式涂敷在常规涂料表面,从而在其表面形成一层光触媒涂料。

1.1.1常规涂料的制备作为内墙涂料,必须要有较好的耐沾污耐老化性。本工作所选用的基料是硅丙乳液,它除了兼有纯丙乳液和有机硅树脂的特性(如良好的耐光耐候性、耐酸碱性)外还具有极好的耐沾污耐老化性、高温不回黏等特点。

在制备过程中,按照钛白粉:滑石粉:水=3:2:4的比例将各组分以及适量的分散剂、消泡剂等放入球磨机中,搅拌3.5h(转速为660r/min),然后将适量的成膜助剂、增稠剂以及质量两倍于钛白粉的硅丙乳液加入,继续搅拌1h,即可得到成品。

1.1.2光催化剂的制备光催化剂是将纳米二氧化钛、自制复合分散剂A、粘接剂B和水等以1:3:5:100的比例充分进行研磨搅拌而得。纳米二氧化钛为自制,利用溶胶-凝胶法制得,以钛酸丁脂:无水乙醇=1:5(体积比)混合成溶液A,无水乙醇:冰乙酸:水=4:1:1(体积比)混合成溶液B,将溶液A缓慢滴入溶液B中并剧烈搅拌,可得到纳米二氧化钛溶胶,静置变成凝胶时间为18h,制得的凝胶在65℃干燥至恒重,然后用马弗炉在400℃灼烧1h即可得到纳米二氧化钛晶体。

1.2 光催化性能测试甲醛浓度的测定采用酚试剂分光光度法,在630nm吸收波长处用721型分光光度计测定。

实验设备(如图2-1)为自制,箱体内壁用锡纸全部贴上,可保证紫外光照射强度,同时防止进行操作时受到紫外线伤害。进行光降解实验时,在箱体内置入一定面积的光触媒涂料,然后充入一定浓度的甲醛气体。

首先进行空白实验,即在没有光触媒涂料的情况下,测量甲醛气体的浓度变化趋势。实验结果如图2-2所示:

由图2-2中可以看出,没有经过光催化的甲醛气体浓度基本保持不变。

甲醛气体的光降解率与光照时间的关系如图2-3所示。可见,随着光照时间的延长,甲醛的浓度逐渐降低,浓度为18.6mg/m3的甲醛在光触媒涂料光照降解10小时后的降解率为88.9%。

不同初始浓度的甲醛气体随着光照时间的变化。

由图2-4可以看出,当甲醛初始浓度为47mg/m3时,其降解率为48.36%,而当甲醛初始浓度为38mg/m3和24mg/m3时,其降解率分别为75.8%和92.7%,说明甲醛初始浓度越高,达到相同降解率所需要反应的时间越长,即其降解效率越低。

浓度较低的甲醛可以被二氧化钛直接光催化分解为二氧化碳和水,而在较高浓度时,则先被氧化为甲酸。

甲酸作为难分解的中间产物,可能聚集在二氧化钛周围,阻碍了光催化反应的进行,致使光催化降解率有所降低。

1.3 涂膜性能检测经检测涂料的性能良好,各项指标均达到了相关的国家标准,具体检测项目及结果如表2-5所示:

2 结论及展望

试验结果证明制备的光触媒涂料用于室内甲醛的去除具有较好的效果。

结论如下:

①没有进行光催化降解的甲醛气体浓度基本保持不变;

②甲醛气体的光降解率与光照时间有关,随着光照时间的延长,甲醛的浓度逐渐降低;

③初始浓度较低的甲醛降解率高于初始浓度较高的甲醛降解率;

④制备的涂料性能达到相关国家标准。

目前,我国建筑涂料市场发展相当迅速,市场需求量成倍增长。

随着人们对室内环境的日益关注,光触媒涂料无疑将具有很广阔的应用前景

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