本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定的高分散性納米g-C3N4/TiO2光觸媒無機水溶膠制備方法。屬于建筑涂層材料領域。
背景技術：
：納米TiO2由于特有的表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，表現(xiàn)出獨特的光電性能。其化學性質(zhì)穩(wěn)定，且無毒價廉，獨特的顏色效應、光催化作用及紫外線屏蔽等功能，使它在涂料、化妝品、廢水處理、殺菌及環(huán)保等方面有著廣闊的應用前景。但納米TiO2比表面積大、表面能高，在使用過程中極易發(fā)生粒子團聚嚴重影響了其應用。因此，尋求有效的分散方法是克服納米TiO2顆粒團聚、拓展應用領域的關鍵所在。近年來，有關納米TiO2顆粒的分散研究多采用有機表面分散劑對納米TiO2進行改性，通過產(chǎn)生靜電穩(wěn)定和空間位阻作用，提高其在水中的分散穩(wěn)定性，其分散效果較好，可獲得低粘度懸浮液。但由于TiO2光催化氧化作用的無選擇性，導致在使用過程中容易產(chǎn)生對體系中的有機組分(基底)腐蝕。因此如何通過控制納米TiO2粉體在介質(zhì)中的膠體特性、懸浮液的pH值以及分散劑種類等因素制備高穩(wěn)定、高分散、低粘度的懸浮液，分散劑的選取和用量是一個重要的關鍵因素。目前，TiO2水溶膠主要存在兩方面的問題，(1)TiO2未經(jīng)摻雜改性，只能被紫外線激發(fā)而產(chǎn)生自潔效應，難以利用太陽光中大量的可見光；(2)溶膠制備主要采用有機鈦源：鈦酸丁酯、異丙醇鈦等，通過水解法等實現(xiàn)溶膠的制備。原料成本較高、成膜后容易分解析氣、以及反應時間較長等，制備效率較低，且有機溶劑對人體和環(huán)境也有一定的危害性，直接涂覆TiO2酸性溶膠會對水泥基材造成破壞。本發(fā)明利用低成本制備的石墨相氮化碳(g-C3N4)和商品納米TiO2為原料，采用機械化學法制備得到具有可見光活性的g-C3N4/TiO2光觸媒，并在此基礎上制備一種高分散性g-C3N4/TiO2光觸媒近中性的無機水溶膠，為解決以上問題提供一個良好方案，目前未見相關文獻報道。技術實現(xiàn)要素：針對目前制備分散良好的納米TiO2基穩(wěn)定水溶膠技術難點，本發(fā)明的目的在于提供一種簡便的、低成本、高穩(wěn)定、高分散、改性TiO2中性水溶膠制備方法。制備高穩(wěn)定、高分散、合適粘度的g-C3N4/TiO2懸浮液是膠態(tài)成型的關鍵，為實現(xiàn)上述目標，通過對控制粉體在介質(zhì)中的膠體特性、分散劑種類和用量、pH值及混合方式等因素，對TiO2基粉體在水中分散時進行研究，實現(xiàn)高分散性、高穩(wěn)定性g-C3N4/TiO2水溶膠制備。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，技術方案如下：(1)、商品納米二氧化鈦(銳鈦礦)經(jīng)共軛分子g-C3N4的表面雜化改性后，制備得到可見光活性的g-C3N4/TiO2光觸媒；(2)、在100ml水中依次加入分散劑六偏磷酸鈉和硅酸鈉，分散劑加入量為0.1～0.5wt％，攪拌溶解完全；(3)、在步驟(2)上述溶液中逐步加入g-C3N4/TiO2光觸媒粉體，加入量為1～3wt％，然后滴加1～3wt％的H2O2溶液，剪切乳化，進行膠溶過程；(4)、用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)懸浮液的pH至7～8，繼續(xù)攪拌分散，得到g-C3N4/TiO2光觸媒水溶膠。本發(fā)明采用改性g-C3N4/TiO2光觸媒作為原料，采用無機分散劑六偏磷酸鈉和硅酸鈉、H2O2作為膠溶劑，制備了可見光催化活性的g-C3N4/TiO2光觸媒水溶膠。試驗證明，制備的g-C3N4/TiO2水溶膠光觸媒活性組分分布均勻，溶膠的穩(wěn)定性好，較長時間(大于3個月)存放后不會沉淀。合成的水溶膠接近中性、親水性強、低粘度，可以很好地涂覆于建筑物表面，并且具有較好的光催化能力和自清潔性能，為建筑材料表面實現(xiàn)自清潔提供基礎。本發(fā)明創(chuàng)新點在于：1、以水作溶劑，不使用有機分散劑和溶劑，體系中不含有機成分，既降低成本又環(huán)保、安全，更加適合較大規(guī)模的生產(chǎn)。2、懸浮體系各組分加入順序是：首先加入雙組份分散劑六偏磷酸鈉和硅酸鈉，攪拌溶解完全后再逐漸加入g-C3N4/TiO2光觸媒粉末，最后加入少量膠溶劑H2O2；在此過程中，分散劑種類和用量、pH值及加料順序等均對TiO2基粉體在水中分散產(chǎn)生影響。納米粒子的分散穩(wěn)定性是其發(fā)揮功能的關鍵，本方法將納米級改性二氧化鈦微粒均勻分散在中性水溶液中，配合機械分散法加快膠溶過程，縮短分散時間，溶膠穩(wěn)定且不發(fā)生團聚，操作簡單，體系穩(wěn)定分散效果持久，是一種方便、快捷地制備g-C3N4/TiO2水溶膠的新方法，利用此水溶膠在基片表面成膜，不經(jīng)過高溫處理，即可擁有較好的可見光催化活性，具有良好的去除室內(nèi)VOC功能。附圖說明圖1為本發(fā)明樣品接觸角測量結(jié)果，圖中，A-H2O、B-1wt％-g-C3N4/TiO2水溶膠、C-3wt％-g-C3N4/TiO2水溶膠；圖2為本發(fā)明樣品透射電鏡照片，圖中，a-TiO2、b-g-C3N4、c-3wt％-g-C3N4/TiO2、d-3wt％-g-C3N4/TiO2高分辨透射電鏡照片；圖3為本發(fā)明樣品XRD圖譜和拉曼光譜，圖中，e–本發(fā)明樣品XRD圖譜，f–本發(fā)明樣品拉曼光譜；e圖中1為g-C3N4，2為5wt％-g-C3N4/TiO2，3為TiO2；f圖中，1為3wt％-g-C3N4/TiO2，2為TiO2；圖4為本發(fā)明樣品紫外-可見漫反射光譜和交流阻抗譜，圖中，g–本發(fā)明樣品紫外-可見漫反射光譜，g圖中，1為3wt％-g-C3N4/TiO2，2為TiO2；h–本發(fā)明樣品交流阻抗譜；圖5為本發(fā)明樣品的光觸媒降解亞甲基藍染料催化活性，圖中，i–在紫外光下(15W汞燈)光觸媒降解亞甲基藍染料催化活性；j–在可見光下(500W氙燈、420nm濾光片)光觸媒降解亞甲基藍染料催化活性。具體實施方式為對本發(fā)明進行更好地說明，舉實施例如下：實施例1所述高分散性g-C3N4/TiO2光觸媒無機水溶膠制備方法通過如下方法實現(xiàn)：(1)、商品納米二氧化鈦(銳鈦礦)經(jīng)共軛分子g-C3N4的表面雜化改性后，制備得到可見光活性的g-C3N4/TiO2光觸媒；(2)、在100ml水中依次加入雙組份分散劑六偏磷酸鈉和硅酸鈉，分散劑加入量為0.1～0.5wt％，攪拌30min溶解完全；(3)、在步驟(2)上述溶液中逐步加入g-C3N4/TiO2光觸媒粉體，加入量為1～3wt％，滴加1～3wt％的H2O2溶液，剪切乳化10min，進行膠溶過程；(4)、用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)懸浮液的pH至7～8，繼續(xù)攪拌分散30min，得到g-C3N4/TiO2光觸媒水溶膠。檢測結(jié)果見表1、2、3。表1水溶膠樣品的表觀粘度樣品名稱本發(fā)明3wt％-g-C3N4/TiO2本發(fā)明1wt％-g-C3N4/TiO2H2O粘度(mPa·S)20～3010～1610～14表1光觸媒樣品主要物性指標表3水溶膠主要性能指標當前第1頁1 2 3