本发明公开了一种具有光催化-隔热双功能的复合气凝胶材料及其制备方法。所述分散体由5~22wt%表面接枝锐钛矿型TiO₂纳米晶(粒径3-6 nm)的疏水SiO₂气凝胶(比表面积>500 m²/g)、1-5wt%聚醚改性硅氧烷分散剂及溶剂组成。通过水热法在SiO₂气凝胶表面原位生长TiO₂纳米晶(Ti-O-Si键合),实现光催化活性(3h甲醛降解率>65%)与隔热性能(导热系数<0.028 W/m·K)的协同优化。该材料作为涂料添加剂可显著提升内墙涂料的空气净化功能,且制备工艺无需高温处理(<180℃),适合工业化生产。
- 一种二氧化硅气凝胶负载锐钛矿型二氧化钛纳米晶的复合分散体,其特征在于,按质量百分比计包含:
- 5~22%的负载型复合颗粒:由疏水性SiO₂气凝胶载体(接触角>120°)及表面化学键合的锐钛矿型TiO₂纳米晶组成,其中TiO₂负载量为5-25wt%,载体粒径3-25 μm,TiO₂纳米晶粒径3-6 nm;
- 1~5%的聚醚改性有机硅分散剂;
- 余量为水或二元醇溶剂;
所述复合颗粒的比表面积>500 m²/g,且经200℃热处理后孔容保留率>90%。
- 根据权利要求1所述的复合分散体,其特征在于,所述锐钛矿型TiO₂纳米晶的晶格间距为0.35 nm(对应(101)晶面),通过Ti-O-Si键(红外特征峰910 cm⁻¹)与SiO₂气凝胶表面键合。
- 一种权利要求1-2任述复合分散体的制备方法,包括以下步骤:
(a) 疏水SiO₂气凝胶预分散:将SiO₂气凝胶粉体(14-20wt%)、聚醚改性有机硅分散剂(1-5wt%)与水(75-85wt%)在0.06-0.08 MPa真空下以1500-2000 rpm搅拌1-2 h,获得稳定浆料;
(b) 水热晶化:将步骤(a)浆料与醇类溶剂(乙二醇/丙二醇)、酸催化剂(HCl/柠檬酸)及钛源(钛酸四丁酯/四氯化钛)按质量比1:(1-12):(0.4-4):(0.2-2)混合,于100-180℃水热反应2-16 h,同步机械搅拌(200-600 rpm);
(c) 纯化处理:反应产物经水稀释(固液比1:2-5)后抽滤,获得目标分散体。 - 根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤(b)中酸催化剂与钛源的摩尔比控制在0.5:1~2:1,水热温度优选140-160℃。
- 权利要求1-2所述复合分散体作为功能性添加剂在建筑内墙涂料中的应用,其特征在于,添加量为涂料总质量的3-15%,可使涂层在可见光照射下实现甲醛降解率>60%(3 h,GB/T 35456-2017测试)。