吸附剂-光催化复合材料涂层的制备及其应用

吸附剂-光催化复合材料涂层的制备及其

应用

摘要：本文考察了不同的粘结剂，包括二氧化硅溶胶，硅酸钾，硅酸钠，磷

酸铝对复合材料附着力的影响，其中磷酸铝作为粘结剂，复合材料的附着力最好。本文以Al(OH)3和P2O5为原料，合成了磷酸铝粘合剂，并且考察了不同磷铝摩

尔比，及其磷酸铝含量对吸附剂-光催化复合材料涂层的影响，最后优化涂层配

方为:以磷酸铝为粘结剂，磷酸铝/复合材料重量比为15%，磷酸铝摩尔比为3：1，涂层附着力可以达到4B，并具有良好的光催化和吸附性能。

关键词：吸附剂-光催化材料；磷酸铝粘结剂；光催化性能；吸附性能；附

着力

吸附剂-光催化复合材料既能快速地吸收室内的有机挥发物，又能在光照下

持续地将有机物降解为二氧化碳和水，避免二次污染，是一种非常有效的可持续

室内空气净化新型材料。本文基于吸附剂-光催化复合材料的开发和应用，考察

了不同粘结剂对吸附剂-光催化复合材料涂层的附着力和光催化吸附能力的影响。

1.实验部分

1.1主要试剂

吸附剂-光催化复合材料由实验室采取共沉淀的方法制成，光催化材料原位

生长在分子筛表面，尺度约为5nm-10nm。

1.2吸附剂-光催化复合材料涂层的制备

称量吸附剂-光催化复合材料，粘合剂，水放入高速搅拌器中混合，混合速

度为3000rpm，混合时间为30秒至1分钟。混合均匀得到浆料。使用喷枪将浆料

均匀的喷涂在铝基板表面，并将铝基板放入100C烘箱中干燥1小时。最后将铝

基板放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为350C，时间为5小时。

1.3测试方法

材料形貌测试：FESEM:HITACHIS-4700性能测试主要包括附着力测试及其吸

附光催化性能测试。

附着力测试：采取百格法。

吸附及其光催化性能测试：将含0.1g吸附剂-光催化剂复合材料或者将复合

涂层涂覆在11cm2的铝片上作为样品。然后将该铝片放置在500mL的石英反应器

的中间。激发光源为三个波长为244nm的8W的紫外灯。测试前先用人造空气

(V(O2):V(N2)=1:4)多次清洗容器，以除去气态杂质，包括CO2。将一定浓度的甲

苯气体注入该反应器中达到以体积计100ppm甲苯浓度。首先，紫外灯保持关闭，测试样品对甲苯的吸附，测试时间为2小时，然后打开紫外灯，测试甲苯的降解

过程。在测试过程中监控甲苯和CO2的浓度变化。测试设备为气象色谱仪，GC-2014,岛津。

2.结果与讨论

2.1不同粘合剂对复合材料的涂层附着力的影响

采用不同粘合剂制备的复合材料涂层，用百格法测试涂层的附着力，见表1。

表1不同粘结剂复合材料的附着力

从表1可以看出，磷酸铝胶体作为粘结剂，复合材料的附着力最高可以达到

4B-5B。而LUDOX(R)HS-30，LUDOX(R)SM作为粘结剂，复合材料的附着力最差，

涂层非常容易脱落。而以LUDOX(R)AS-40，硅酸钾材料，硅酸钠材料作为粘结剂，复合材料具有一定的附着力2B，但是在实际应用中，比如搬运等，可能会造成一

定程度的脱落。所以我们优选采用磷酸铝作为粘结剂，并对此粘结剂进行进一步的优化。

磷酸盐粘合剂可在低温下被固化成薄膜，且在高温下具有较高的粘合强度。它不仅可以粘合金属、陶瓷和有机材料,也可以作为基础材料制备复合材料和各种保护涂层，增强材料的力学性能和保护能力。在特殊环境中，如高温和高能等条件下扩大复合材料的应用范围。磷酸铝在较高温度下聚成大分子，形成具有良好键合性能的复杂三维网络结构。本实验中吸附剂-光催化复合材料中吸附剂为分子筛，主要成分为硅铝酸盐，而基底采用的是铝基材，因而磷酸铝能够一方面和分子筛，另一方面和铝基材进行良好的键合，从而附着力强。

2.2不同磷铝摩尔比磷酸铝粘合剂对复合材料的涂层附着力的影响

磷铝P/M摩尔比是影响磷酸盐粘合剂性能的重要参数。磷铝摩尔比表示粘合剂中磷原子与金属阳离子的摩尔比。

表2为不同磷铝比磷酸铝溶胶粘结剂复合材料的附着力。

表2不同磷铝比磷酸铝溶胶粘结剂复合材料的附着力

从表中可以看出，当磷铝比为3时，附着力可以达到4B-5B,附着力最好。而磷铝比为1.5和1时，附着力略微降低，附着力为3B-4B。有研究指出，

Al(H2PO4)3是最好的粘合剂成分，磷铝摩尔比为3：1时，更容易生成

Al(H2PO4)3，从而提高涂层的粘度，提高涂层的附着力。

2.3磷酸铝溶胶粘结剂用量的优化

粘结剂的增加会增加吸附剂-光催化复合材料的附着力，但是也会降低吸附

剂-光催化复合材料涂层的吸收和光催化性能，因为粘合剂会一定程度上封闭吸

附剂的孔洞，另外也会遮掩紫外光对光催化材料的照射。因此实验固定磷酸铝溶

胶磷铝比为3，选取不同粘结剂/复合材料质量比(w%)并测试其附着力和吸附光催

化性能。

表3不同粘结剂/复合材料质量比(w%)复合材料涂层的附着力

表3为不同粘结剂/复合材料质量比(w%)复合材料涂层的附着力。当粘结剂

含量降低为10%时，涂层的附着力降低为2B-3B。而粘结剂含量为15%和20%时，

涂层的附着力在4B以上，满足实际附着力需求。而图2为不同粘结剂/复合材料

质量比(w%)复合材料涂层的吸附光催化性能。从图中可以看出，粘结剂的引入，

复合材料涂层不仅在吸附能力，在光催化能力上都有所降低。当粘结剂为15%时，吸附能力和光催化能力略微降低，而当粘结剂为20%时，吸附能力和光催化能力

下降较多。因此最终选取粘结剂为磷酸铝，磷铝摩尔比为3，磷酸铝/复合材料的

质量比为15%，此时复合材料涂层的附着力可以达到4B，并且保持良好的吸附性

能和光催化性能。

3.结语

基于吸附剂-光催化复合材料的开发和应用，本文考察了不同粘结剂对吸附

剂-光催化复合材料涂层的附着力和光催化吸附能力的影响。本文内容总结如下：

1.考察了不同的粘结剂，包括二氧化硅溶胶，硅酸钾，硅酸钠，磷酸铝对复

合材料附着力的影响，其中磷酸铝较高温度下聚成大分子，形成具有良好键合性

能的复杂三维网络结构，使用磷酸铝作为粘结剂，复合材料的附着力最好.