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空气净化功能硅藻土内墙涂料发展现状

2017-06-10孙猛孙天宇王春阳王永亮孙赫聪

科技创新与应用 2017年16期
关键词:光催化空气净化涂料

孙猛+孙天宇+王春阳+王永亮+孙赫聪+王立艳

摘 要:简要介绍了目前室内空气污染现状,概述了光催化降解型、物理吸附型、吸附催化复合型三种空气净化功能内墙涂料的特性,重点阐述了硅藻土内墙涂料的发展现状及存在的问题。

关键词:空气净化;光催化;硅藻土;涂料

1 室内空气污染现状

近年来,我国城市空气污染日趋严重,PM2.5对人体造成极大的危害,这必然影响到室内空气质量。另外,我国新装修的房子,空气质量合格率不足20%,其主要原因家具、建筑装饰材料、墙体材料等有害污染物严重超标,各种家具、地板等均含有大量胶粘剂,胶粘剂中含有甲醛、有机溶剂、苯乙烯单体等挥发性物质,造成室内空气污染。室内与室外的双重严重污染给人类带来极大的恐慌,健康受到严重威胁。人的一生多数时间是在室内度过的,室内空气质量的好坏直接关系到人类的生理健康。

2 空气净化功能内墙涂料概述

2.1 光催化降解型涂料

光催化型涂料[1],是指在涂料中加入光触媒材料,光触媒材料与有机污染物发生反应,而使其降解。光触媒材料的降解机理[1-3]是利用紫外光或可见光产生催化反应,生成一种具有极强氧化能力的活性氧和氢氧基,将甲醛等有机物分解成水和二氧化碳。20世纪60年代末,日本科学家发现了光触媒材料,最先发现的光触媒材料为纳米二氧化钛,近年来,又出现了纳米氧化锌、纳米二氧化锆、纳米硫化镉、纳米氧化锡等光触媒材料[3-4]。然而,应用于涂料中的光触媒材料主要以纳米二氧化钛为主[5-8]。

纳米二氧化钛光触媒材料在涂料应用中还存在以下问题:多数纳米二氧化鈦只有在紫外光下发生光催化反应,而可见光下光催化效果很低,不利于在内墙涂料中应用。因此,用于内墙涂料中的纳米二氧化钛光触媒材料必须是经过改性的,是具有可见光光催化活性的光触媒材料[8-10]。另外,由于纳米粒子易团聚,加入涂料的过程中,纳米粒子发生团聚,影响了光催化活性。因此,纳米粒子在加入涂料过程中的分散问题是关键,一般采取超声分散、或者将其负载在载体上的方法,使纳米粒子均匀分散于涂料中,增大光催化的比表面积,增加光催化活性[11,12]。

光触媒材料应用于涂料中,在可见光的作用下发生光催化反应,降解空气中的甲醛等有机物,生成H2O和CO2,不生成任何有害物质。

2.2 物理吸附型涂料

物理吸附型涂料主要是在涂料中添加具有多孔性、具有较强吸附能力的吸附材料,例如,硅藻土、贝壳粉、沸石、活性炭等[13-14],这些材料内部存在大量的微孔结构,活性炭由于颜色问题,基本不用于内墙涂料中,而硅藻土最适合应用于涂料中作为吸附材料,要达到较好的吸附效果,必须保证足够的掺入量。然而,物理吸附涂料存在吸附能力有限的问题,且不能达到持续吸附的效果,当吸附饱和后还会释放出来,因此,单纯的物理吸附型涂料的空气净化效果很不明显。

2.3 吸附催化复合型涂料

吸附催化复合型涂料[12,15-17]是指具备物理吸附和光催化两种净化机理,将光催化纳米材料负载到多孔性的载体上,不仅能持续降解空气中的甲醛气体,还可以解决纳米材料的团聚问题,增加光催化接触面积,提高光催化反应能力。由于多孔性材料为载体,涂料对空气中甲醛的吸附能力强,同时也提高了对甲醛的降解效率[17]。吸附催化复合型涂料用于内墙,可以同时达到吸附和降解室内甲醛气体的双重效果。吸附催化复合型涂料由于其功能性和环保性,将成为未来内墙涂料市场的发展趋势。

3 空气净化功能硅藻土内墙涂料的发展现状

近年来,日趋严重的环境污染问题和人类不断增强的环保意识使空气净化功能涂料的研究开发备受关注。目前,科研院校和企业纷纷开展了多功能环保内墙涂料的研究,其中,硅藻土涂料和贝壳粉涂料是备受关注的两种多功能性涂料。硅藻土涂料发展速度最快,其中的硅藻泥产品已经占有一定量的市场份额,被人们普遍接受。

3.1 硅藻土涂料特性

硅藻土是海洋生物硅藻遗骸经过上万年的沉积而成,主要成为无定型二氧化硅,藻体表面分布着无数纳米级微孔,具有质轻、多孔、高强、耐磨、绝热、吸音、无毒无味、化学稳定性好等优异特性[18]。因此,将硅藻土用于室内内墙装修中,必然发挥其多功能性。利用硅藻土的多孔特性,能够吸附甲醛、有机溶剂、烟气、宠物气味等有害物质,达到净化空气的效果[19]。当室内湿度增加时,硅藻土能够吸收空气中的水蒸气,而当空气干燥时,还能将水分子释放出来,起到调节湿度的作用[20]。调湿内墙涂料尤其适用于南方沿海地区,解决气候潮湿给人类健康带来的不利影响。硅藻土的多孔特性使所制备内墙涂料具有较低的导热系数,保温隔热效果优良,尤其适用于北方寒冷地区,达到节能功效[21]。另外,硅藻土的多孔性还赋予内墙涂料较好的吸音效果[22]。因此,普遍认为,硅藻土内墙涂料具有净化空气、湿度调节、吸音隔热的特性。

3.2 硅藻土涂料发展现状

近年来,硅藻泥壁材因其具有优异的空气净化性能、无毒环保且具有艺术美感,在中国市场越来越受到追捧,与乳胶漆、壁纸有三分天下之势[23]。全国出现了上百家硅藻泥涂料企业,许多科研院校也在积极开展硅藻泥内墙涂料的研究[24-28]。普遍认为,硅藻泥内墙涂料具有净化空气、湿度调节、吸音隔热的特性。

硅藻泥内墙涂料是以硅藻土为主要功能填料或同时利用纳米材料改性的环保内墙涂料,它主要是以粉料形式销售的,俗称为硅藻泥[23]。日本最先将硅藻土应用于室内装修材料中,主要有壁材(板材)、铺地材料,卫生洁具、吊顶材料等。在2003年10月闭幕的中国第二届绿色建材博览会上,由薮原株式会社、大贩瓦斯化学株式会社和大津建材三方合作引入中国的硅藻土壁材在北京上市。近年来,大量硅藻土涂料的专利和文献相继报道[24-28],施恩斌等人[25]报道了以硅藻土为载体,负载改性纳米二氧化钛光催化材料及改性剂,与其它材料配合制备了硅藻泥,甲醛净化效率达96%以上。谢军等[26]公开了一种由硅藻土、硅藻土负载纳米TiO2材料、改性纳米二氧化钛、钛负离子粉、气相二氧化硅和羟丙基甲基纤维素等材料制备而成的高效洁净涂料。张立功等[27]公开了一种由硅藻泥粉体料和纳米二氧化钛分散液构成的纳米复合硅藻泥材料,其中的硅藻泥粉体料是由煅烧硅藻土、石英砂、灰钙粉、膨润土、硅灰石、海藻胶、纤维素醚和负离子粉组成。汪培杰等[28]本发明公开了一种由硅藻土、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、负离子粉、膨润土、精细硅土、高岭土、纳米陶晶、膨润土等成分构成的具有抗菌、防止辐射、降解甲醛、调节湿度的多功能硅藻壁材涂料。

尽管硅藻土内墙涂料备受人类关注,但多数消费者凭着对新产品尝试的态度,没有真正了解这种涂料的功能。目前硅藻泥涂料产品存在以下几个问题:(1)硅藻土内墙涂料吸附作用的长效性令人质疑,多孔结构使其具有吸附特性是必然,然而孔隙吸附是否会达到饱和,吸附进去的有毒有害气体是否会释放出来,硅藻土是否具有进一步的分解功能。(2)硅藻土涂料中引入能分解有毒有害气体的纳米材料,最常用的纳米材料为纳米氧化钛,是一种光催化降解纳米材料,纳米材料在可见光下是否会降解有机物。三、市售的硅藻土内墙涂料多数为粉料,使用时加水搅拌,刮涂于墙面,人工费用较高,便捷施工与应用成为市场的新需求。这些问题的存在使硅藻泥涂料的推广应用受到限制。

4 结束语

内墙建筑涂料正向着功能化、环境友好的绿色建筑涂料方向发展。功能化就是指除装饰功能外,还具有净化空气、抗菌除臭、调节湿度、隔音、屏蔽有害电磁波等健康功能。目前,硅藻泥涂料已经在市场上占有一定规模,然而仍存在需要改进的问题,如吸附作用的持久性,可见光催化降解问题,施工便捷问题等。要想使硅藻土涂料在市场上立于不败之地,要使其得到普遍推广应用,走近千家万户,必须解决当前面临的问题,制备真正意义上的空气净化功能内墙涂料,这是未来多功能环保内墙涂料发展的必然趋势。

参考文献

[1]蒋贞贞,朱俊任.纳米二氧化钛光催化涂料降解甲醛的研究进展[C].纳米技术及纳米材料改型涂料应用技术研讨会,2010.

[2]赵翠,李萍,杨双春,等.降解甲醛功能型涂料的研究进展[J].当代化工,2013(2):168-171.

[3]龙泽清,王海芳,韩帅,等.纳米氧化锌光催化涂料降解甲醛的研究[J].中国胶粘剂,2015(12):19-21.

[4]郭永升.纳米氧化锌的制备及其光催化研究[D].吉林大学,2009.

[5]孙颖卿.新型纳米光催化剂的制备及其在涂料中的应用技术研究[D].上海大学,2004.

[6]张金辉,李思,李萍,等.国内外TiO2光触媒涂料的研究进展[J].现代化工,2013,33(4):38-41.

[7]张浩,刘秀玉.环境净化涂料的研究现状与应用及性能检测方法[J].化工新型材料,2011,39(7):23-25.

[8]黄安娜,苏海佳.可见光活性纳米TiO2光催化涂料的抗菌性能研究[J].环境工程学报,2011,05(2):477-480.

[9]徐维正.STO开发可室内用新型光催化二氧化钛涂料[J].精细与专用化学品,2006(22):34.

[10]徐斌斌,傅深渊,刘丽娜.掺杂型TiO2光催化研究的最新进展[J].化工新型材料,2017(1):38-40.

[11]张连松.调湿·净化·抗菌功能无机涂覆材料与性能研究[D].中国建筑材料科学研究总院,2006.

[12]王利剑,郑水林,舒锋.硅藻土负载二氧化钛复合材料的制备与光催化性能[J].硅酸盐学报,2006,34(7):823-826.

[13]赵芳玉,薛洪海,李哲,等.低品位硅藻土吸附重金属的研究[J].生态环境学报,2010,19(12):2978-2981.

[14]梅一飞,郭中宝,白永智,等.我国室内空气净化涂料的发展现状及趋势[J].中国涂料,2015,30(1).

[15]蒋静静.纳米TiO2/硅藻土复合材料的制备及其光催化性能研究[D].河北大学,2013.

[16]姜洪泉,王鹏,钟敏,等.用于环境功能涂料的纳米TiO2/SiO2复合光催化剂的制备工艺[J].高校化学工程学报,2005,19(1):113-118.

[17]周壁.微孔聚合物-纳米InVO4/TiO2耦合的空气净化涂料的制备及性能[D].湖北,华中科技大学,2009.

[18]刘洁,赵东风.硅藻土的研究现状及进展[J].环境科学与管理,2009,34(5):104-106.

[19]詹树林,林俊雄,方明晖,等.硅藻土在工业污水处理中的应用研究进展[J].工业水处理,2006,26(9):10-13.

[20]孔伟.硅藻土基调湿材料的制备与性能研究[D].北京工业大学,2011.

[21]陈平.一种硅藻土多孔保温材料的制备方法,CN105060925A[P].2015.

[22]袁欣,许庆华,许盛英,等.免烧硅藻土发泡吸音板:,CN10352685

5A[P].2014.

[23]白艳军,刘艳伟.我国硅藻泥的发展现状与前景(Ⅰ)[J].现代涂料与涂装,2014,17(4):24-28.

[24]刘成楼.蓄能调湿抗菌净味硅藻泥的研制[J].现代涂料与涂装,2013,16(11):5-9.

[25]施恩斌,朱华,陈晓龙.硅藻土负载改性纳米二氧化钛制备硅藻泥及其性能研究[J].新型建筑材料,2014,41(12):84-88.

[26]謝军.一种高效洁净涂料及其制备方法:,CN105272117A[P].2016.

[27]张立功,于春生.一种纳米复合硅藻泥材料及其施工方法,CN102

060557A[P].2011.

[28]汪培杰.一种多功能硅藻壁材,CN104944885A[P].2015.

作者简介:孙猛(1995-),男,吉林省松原市,学生,学历:本科。

*通讯作者:王立艳,女,吉林省德惠市人,教授,博士。

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