專利名稱：一種新型室內空氣凈化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米TiO2水溶膠空氣凈化劑及其制備方法，屬于化工產品及化工 合成技術領域。
背景技術：
光觸媒是一類以二氧化鈦為代表的、在光的照射下自身不起變化卻可以導致各類 污染物降解、具有催化功能的半導體材料的總稱。TiO2作為一種光觸媒，在吸收太陽光或其 他光源的光能后，在光能量的激發下發生氧化還原反應，表面形成強氧化性的氫氧自由基 和超氧陰離子自由基，可把空氣中的甲醛、苯等有害物質及病毒、細菌微生物分解成無害的 二氧化碳和水，從而達到凈化空氣，殺菌，除臭等目的。光觸媒對于溫度沒有嚴格的限制，常 溫條件下就可以發生氧化還原反應。光觸媒在催化過程中本身不會發生變化和消耗，在光 照條件下可以持續不斷地降解污染物。光觸媒本身無毒無害對人體安全可靠，并且其催化 污染物的最終產物為二氧化碳、水及其它無害物質不會產生二次污染。目前，納米二氧化鈦光觸媒因其優異的性能而備受關注，成為各國研究的熱點，其 制備方法概括起來主要有兩種
(1)、以納米二氧化鈦粉體為原料，經特殊工藝處理制備成納米二氧化鈦光觸媒乳液。此種工藝是采用鈦的化合物為原料，通過溶膠-凝膠法、均勻沉淀法、氣相水解法 和氣相氧化法等先制備納米二氧化鈦粉體，再經超聲波、攪拌或加入分散劑分散等特殊工 藝處理，最終制備出納米二氧化鈦光觸媒乳液。因納米粉體團聚現象嚴重，再分散難度很 大，耗能高，所以此工藝制備的乳液分散性差，穩定性不好，易產生分層現象，顆粒度大，致 使光催化效果差。(2)、以鈦的化合物為原料，用化學法直接合成納米二氧化鈦光觸媒乳液。以有機鈦鹽或無機鈦鹽為前驅體，通過溶膠_凝膠法、水熱法或水解法等化學方 法直接得到納米二氧化鈦光觸媒乳液。此工藝可以克服制備粉體階段粒子的團聚問題，乳 液穩定性好。目前運用較多的主要有以下幾種①溶膠_凝膠法以四異丙基鈦、硝酸和乙 醇為原料，把四異丙基鈦、乙醇和水按一定比例配制成溶液，再把一定量的硝酸在20°C下 加入上述溶液，制得溶膠，再把溶膠在強烈攪拌下80°C回流8 h，可以得到乳白色銳鈦礦納 米二氧化鈦乳液；②水熱法以Ti (SO4)2和尿素的水溶液為前驅物，在160°C的水熱條件下 進行反應，可以得到乳白色銳鈦礦納米二氧化鈦乳液；③醇鹽水解法四異丙醇鈦和四乙 氧基硅烷(TEOS)按一定比例加入到乙醇中溶解，然后邊攪拌邊加入40%的四氯化鈦溶液， 再加入戊二醇和羥基乙酸，使之充分反應，加入蒸餾水，在室溫下劇烈攪拌1 h，用氫氧化鈉 溶液調上述溶液的PH值為7，之后加熱該溶液在85°C水解7 h,可以得到銳鈦礦納米二氧 化鈦乳液；④低溫絡合-控制水解法該法是采用四氯化鈦為原料，將四氯化鈦水解制成偏 鈦酸后，在零度左右用雙氧水做絡合劑與Ti反應，先生成絡合物，再于100°C回流反應，得 到黃色透明光觸媒乳液。雖然上述方法也可以得到具有一定效果的光觸媒，但是這種傳統的光觸媒多為白色乳液或者有色透明乳液，在透明性要求很高的汽車玻璃或者室內家具上噴涂容易受到限 制，而且大多在放置過程中容易發生沉降，并且存在工藝復雜，成本高的缺點。另外，目前光 觸媒產品所產生的活性因子必須與污染物顆粒或者有害氣體直接接觸才可以發揮作用，所 以就產品特性來講，光觸媒的粒度越小越好，粒度越小比表面積越大，與污染物的接觸面積 和接觸機會就越大，催化效果越好，而現有的TiO2水溶膠粒度均較大，對污染物的分解效果 較差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種新型室內空氣凈化劑，以TiO2水溶膠為主體 成分，能夠噴涂到各種常用器具上對環境中的毒害物質進行高效催化降解，凈化空氣；本發 明同時提供此新型室內空氣凈化劑的制備方法，其所用原料及設備價廉易得，工藝條件溫 和環保。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是
一種新型室內空氣凈化劑，是由TiO2、檸檬酸和水組成的無色透明水溶膠，此水溶膠 的平均粒度在2. Onm以下；其中TiO2與檸檬酸的重量比為1 2. 4 1 12，TiO2與水的 重量比為1 50 1 60。一種上述新型室內空氣凈化劑的制備方法，其特征步驟在于
A、四氯化鈦溶液的配制室溫下，將分析純四氯化鈦緩慢滴入蒸餾水中，配制成重量比 20% 30%的澄清透明溶液；
B、水解取上步所得四氯化鈦溶液，緩慢滴加10%的碳酸鈉溶液，調pH值為5 7，使 TiO2+沉淀，然后真空抽濾，得到TiO2濾餅；
C、絡合將上步所得濾餅加入50 60倍重量的水進行打漿，用高速剪切機剪切30分 鐘后，加入固體檸檬酸，TiO2與檸檬酸的重量比為1 2.4 1 12，攪拌反應15 25小 時，即得。作為上述制備方法的一種優選技術方案，步驟C中所述TiO2與檸檬酸的重量比為 1 2.4。作為上述制備方法的另一種優選技術方案，步驟C中所述TiO2與檸檬酸的重量比 為 1 12。采用上述技術方案所產生的有益效果在于
①本發明的TiO2水溶膠因呈無色透明，極大的拓展了傳統光觸媒的應用范圍，適合涂 覆于包括玻璃在內的幾乎任何物體表面，對室內空氣進行凈化。②參看附圖2，本發明的生產工藝沒有經過粉體制備階段，利用化學方法直接得到 納米二氧化鈦透明光觸媒，所得乳液粒徑小、分散性和儲存穩定性優良，水溶膠的平均粒度 在2. Onm以下，催化分解有害物質、凈化室內空氣的效率得到極大提高。③參看附圖3，實驗顯示，本發明所制備的非晶態納米1102水溶膠的光能利用率極 高，可直接利用日光燈實現對甲醛、苯類、染料、農藥、微生物等有機污染物的完全降解，凈 化室內空氣。④本發明的制備工藝所用原料及設備價廉易得，工藝條件溫和環保。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明制備的室內空氣凈化劑樣品晾干后得到粉末的X射線衍射圖譜； 圖2是本發明制備的室內空氣凈化劑樣品的粒徑分布圖3是本發明制備的室內空氣凈化劑樣品降解亞甲基藍染料的效果圖。
具體實施例方式以下實施例詳細說明了本發明。制備本發明所使用的各種原料及各項設備均為常 規市售產品，均能夠通過市場購買直接獲得。實施例1
一種新型室內空氣凈化劑，是由TiO2、檸檬酸和水組成的無色透明水溶膠，此水溶膠 的平均粒度在2. Onm以下；其中TiO2與檸檬酸的重量比為1 2. 4，TiO2與水的重量比為 1 56。本實施例的室內空氣凈化劑的制備步驟如下
A、四氯化鈦溶液的配制室溫下，用量筒量取22mL四氯化鈦，緩慢滴入115 mL (重量 比25%)的蒸餾水中，得到澄清透明溶液；
B、水解向上步所得透明溶液中緩慢滴加10%的碳酸鈉溶液，調pH=6，產生大量沉淀， 去離子水洗滌、抽濾，得TiO2濾餅(TiO2凈重17. 6g)；
C、絡合將上步所得濾餅加入1000毫升水打漿，用高速剪切機剪切30分鐘后，加入檸 檬酸42.3g (TiO2與檸檬酸的摩爾比1 1)，室溫攪拌18小時，即得。本實施例所制備的產品呈無色透明。參看附圖1，將其在室溫下晾干，得到的固體粉末做X-射線物相分析，證明產品為 非晶態納米TiO2。實施例2
一種新型室內空氣凈化劑，是由TiO2、檸檬酸和水組成的無色透明水溶膠，此水溶膠 的平均粒度在2. Onm以下；其中TiO2與檸檬酸的重量比為1 12，TiO2與水的重量比為 1 56。本實施例的室內空氣凈化劑的制備步驟如下
A、四氯化鈦溶液的配制室溫下，用量筒量取22mL四氯化鈦，緩慢滴入115 mL (重量 比25%)的蒸餾水中，得到澄清透明溶液；
B、水解向上步所得透明溶液中緩慢滴加10%的碳酸鈉溶液，調pH=5.5，產生大量沉 淀，去離子水洗滌、抽濾，得TiO2濾餅(TiO2凈重17. 6g)；
C、絡合將上步所得濾餅加入1000毫升水打漿，用高速剪切機剪切30分鐘后，加入檸 檬酸211.7g (TiO2與檸檬酸的摩爾比1 5)，室溫攪拌18小時，即得。本實施例所制備的產品呈無色透明。參看附圖2，采用激光粒度測量儀對本實施例的水溶膠做粒度分析，結果顯示其平 均粒徑為1. 8 nm。。參看附圖3，取50mg/L的亞甲基藍溶液200毫升置于燒杯中，再向其中加入10毫 升本實施例制備的室內空氣凈化劑，在暗處磁力攪拌10 15min后使凈化劑水溶膠和有機染料之間達到吸附和解吸平衡，取樣測試；然后將燒杯置于室外平臺太陽光處進行催化反 應，每隔一段時間取樣測試，在UV-1200紫外-可見分光光度計上將其A-λ曲線進行全波 段(200 SOOnm)掃描，計算其降解率，結果顯示本實施例制備的室內空氣凈化劑水溶膠具 有高效的光能利用率，能夠對亞甲基藍進行高效催化分解。 上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一 限制條件。
權利要求
一種新型室內空氣凈化劑, 其特征在于，此空氣凈化劑是由 TiO2、檸檬酸和水組成的無色透明水溶膠，此水溶膠的平均粒度在2.0nm以下；其中TiO2與檸檬酸的重量比為1∶2.4～1∶12，TiO2與水的重量比為1∶50～1∶60。
2.—種權利要求1所述的新型室內空氣凈化劑的制備方法，其特征步驟在于A、四氯化鈦溶液的配制室溫下，將分析純四氯化鈦緩慢滴入蒸餾水中，配制成重量比 20% 30%的澄清透明溶液；B、水解取上步所得四氯化鈦溶液，緩慢滴加10%的碳酸鈉溶液，調pH值為5 7，使 TiO2+沉淀，然后真空抽濾，得到TiO2濾餅；C、絡合將上步所得濾餅加入50 60倍重量的水進行打漿，用高速剪切機剪切30分 鐘后，加入固體檸檬酸，TiO2與檸檬酸的重量比為1 2.4 1 12，攪拌反應15 25小 時，即得。
3.根據權利要求1所述的新型室內空氣凈化劑的制備方法，其特征在于步驟C中所 述TiO2與檸檬酸的重量比為1 2.4。
4.根據權利要求1所述的新型室內空氣凈化劑的制備方法，其特征在于步驟C中所 述TiO2與檸檬酸的重量比為1 12。
全文摘要
本發明公開了一種新型室內空氣凈化劑，其是由TiO2、檸檬酸和水組成的無色透明水溶膠，此水溶膠的平均粒度在2.0nm以下；其中TiO2與檸檬酸的重量比為1∶2.4～1∶12，TiO2與水的重量比為1∶50～1∶60。其制備步驟包括A、室溫下，將四氯化鈦滴入蒸餾水中，得四氯化鈦溶液；B、取上步所得四氯化鈦溶液，滴加10％的碳酸鈉溶液至中性，使TiO2+沉淀，真空抽濾得到TiO2濾餅；C、上步所得濾餅打漿后加入固體檸檬酸，攪拌反應15～25小時，即得。本發明以TiO2水溶膠為主體成分，能夠噴涂到各種常用器具上對環境中的毒害物質進行高效催化降解，凈化空氣；本發明的制備方法所用原料及設備價廉易得，工藝條件溫和環保。
文檔編號B01D53/86GK101947439SQ201010514070
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者史景寧 申請人:史景寧