一种氧化石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂的制作方法

本发明涉及光催化功能材料、抗菌防霉材料，具体涉及一种氮掺杂二氧化钛-氧化石墨烯-苯胺三元复合光催化抗菌防霉剂的应用。

背景技术：

1、伴随家装、纺织印染、木材加工行业快速发展，室内甲醛、印染偶氮染料等挥发性、水溶性有机污染物超标问题突出；潮湿使用环境极易滋生大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉、青霉等致病菌与霉菌，长期接触会损害人体呼吸道、皮肤健康，开发兼具有机污染物降解、广谱抗菌、长效防霉一体化功能材料成为行业迫切需求。

2、二氧化钛（tio2）是商业化应用最成熟的光催化材料，其中锐钛矿晶型光催化活性最优，但纯二氧化钛材料存在两大固有缺陷：（1）本征禁带宽度较大，仅能响应紫外光，对自然光、室内可见光利用率极低；（2）光激发产生的电子 -空穴对复合速率快，光量子效率低，单独使用时除醛、降解染料、抗菌防霉性能均达不到实际使用要求。

3、现有改性二氧化钛方案多采用单一氮掺杂改性或单一氧化石墨烯复合改性：氮掺杂仅能窄化禁带拓宽可见光响应范围，无法有效分离光生载流子；氧化石墨烯（go）可作为电子传输通道抑制电子-空穴复合，但无特异性吸附位点，对偶氮染料无选择性降解能力。

4、现有商用抗菌防霉产品大多复配有机抑菌剂，存在高温易分解、遇水易溶出、使用寿命短、降解后产生二次污染等问题；常规光催化粉体与水性树脂、纺织纤维界面结合力弱，涂刷、浸渍后易脱落失效。目前行业缺少一种可在可见光下高效催化、定向降解偶氮污染物、长效广谱抗菌防霉、粉体分散性好、适配多类加工工艺的一体化三元复合光催化粉体。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种兼具光催化降解有机污染物、选择性降解偶氮染料、广谱抗菌、长效防霉多重功能的复合材料。可解决纯二氧化钛光生载流子复合率高、可见光响应弱、催化效率低的问题；能克服传统抗菌防霉化学药剂易产生二次污染、有效期短的弊端；制备工艺简单、可规模化生产，应用于涂料、纺织品、空气净化等领域。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂，由主催化组分与功能助剂复配而成；所述主催化组分为功能化氧化石墨烯二氧化钛复合材料，所述功能化氧化石墨烯二氧化钛是以氮掺杂二氧化钛为基底，氧化石墨烯、苯胺依次负载于二氧化钛表面。

4、以质量份数计，各组分配比范围为：氮掺杂二氧化钛85～95份、氧化石墨烯0.08～0.12份、苯胺2.4～6份、功能性助剂3～10份；其中苯胺与氧化石墨烯的质量比控制在30:1～50:1。

5、所述氮掺杂二氧化钛为锐钛矿晶型，颗粒粒径5～30nm；所述氧化石墨烯粒径10～300nm，层数≤5层，纯度99.5%，比表面积500 m²/g；苯胺选用纯苯胺，配置使用浓度为100mg/l苯胺乙醇溶液。

6、所述功能性助剂由分散剂、粘结剂、稳定剂组成；分散剂选用十二烷基苯磺酸钠，粘结剂选用水性聚氨酯，稳定剂选用气相二氧化硅。

7、同时本发明还提供一种上述石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂的制备方法，包括以下步骤：

8、s1.苯胺改性go/n-tio2主催化组分合成：取氮掺杂二氧化钛粉体、氧化石墨烯水溶液、苯胺乙醇溶液混合，磁力搅拌5h，转入水热釜，160℃水热反应5h，冷却、离心，依次用乙醇、去离子水洗涤，60℃真空干燥，得到苯胺改性go/n-tio2主催化组分。

9、s2.复配成型：将主催化组分与分散剂、粘结剂、稳定剂、防霉增效剂按配比混合，高速搅拌研磨，得到石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂。

10、最后本发明还提供一种上述石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂的应用。

11、上述技术方案中提供的石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂及制备方法和应用，具有以下有益效果

12、（1）三元协同催化体系，可见光催化活性显著提升。氮掺杂锐钛矿tio2拓宽

13、材料可见光响应区间，氧化石墨烯作为高速电子传输通道快速转移光生电子，抑制电子-空穴复合，大幅提高光量子效率；对比单一n-tio2、二元go/tio2材料，可提升甲醛降解速率，且普通室内弱可见光即可稳定催化。

14、（2）苯胺π-π共轭改性，实现偶氮染料选择性降解。苯胺与氧化石墨烯形成π-π共轭结构，构建特异性有机污染物吸附位点，可定向捕获水体、纺织物表面偶氮染料，解决传统光催化无选择性、染料降解不完全的技术短板；同时苯胺有机改性改善粉体与水性树脂、纺织纤维界面结合力。

15、（3）光催化协同苯胺抑菌，无有机防霉剂、长效稳定。光催化反应生成羟基自由基、超氧阴离子自由基破坏细菌细胞膜、霉菌孢子核酸结构，苯胺协同抑制微生物代谢繁殖，无需添加有毒有机防霉剂；粉体负载牢固，耐水洗、耐高湿环境，防霉有效周期长。

16、（4）专用复配助剂体系，粉体分散与加工适配性优异。十二烷基苯磺酸钠消除石墨烯、纳米二氧化钛团聚问题；水性聚氨酯粘结剂适配水性涂料、织物浸渍工艺；气相二氧化硅提升粉体储存稳定性，长期存放不结块，兼容喷涂、浆料共混、纤维负载多种加工工艺。

17、（5）制备工艺简单可控，原料易得，适合规模化量产。整体工艺仅包含低温水热反应+常温复配研磨，反应温度低，无需大型高温高压设备；氮掺杂二氧化钛、氧化石墨烯、苯胺均为工业化市售原料，生产成本低；产物循环使用多次后催化性能衰减幅度低。

18、（6）多场景通用，兼具空气治理、水体净化、材料防护多重功能。添加至内墙涂料可实现室内除醛防霉；用于纺织品整理可去除印染残留偶氮染料；喷涂木质板材可防止木材霉变、降解板材有机挥发物；还可用于印染废水处理、空气净化滤网改性，应用范围广，反应产物无二次污染，环境友好；

1.一种石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂，其特征在于，包括主催化组分与功能助剂；所述主催化组分为功能化氧化石墨烯二氧化钛复合材料，所述功能化氧化石墨烯二氧化钛是以氮掺杂二氧化钛为基底，氧化石墨烯、苯胺依次负载于二氧化钛表面。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂，其特征在于，以质量份数计，各组分配比为：氮掺杂二氧化钛85-95份、氧化石墨烯0.08-0.12份、苯胺2.4-6份、功能性助剂3-10份；其中苯胺与氧化石墨烯的质量比为30:1-50:1。

3.根据权利要求2所述的氧化石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂，其特征在于，所述氮掺杂二氧化钛为锐钛矿型，粒径为5-30nm；所述氧化石墨烯粒径10-300nm，层数≤5层，纯度99.5%，比表面积500㎡/g。

4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂，其特征在于，所述苯胺选用纯苯胺，配置使用浓度为100mg/l苯胺乙醇溶液。

5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂，其特征在于，所述功能性助剂包括分散剂、粘结剂、稳定剂；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠，所述粘结剂为水性聚氨酯，所述稳定剂为气相二氧化硅。

6.一种权利要求1-5任一项所述氧化石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）苯胺改性go/n-tio2主催化组分合成：取氮掺杂二氧化钛粉体、氧化石墨烯水溶液、苯胺乙醇溶液混合，磁力搅拌5h，转入水热釜，160℃水热反应5h，冷却、离心，依次用乙醇、去离子水洗涤，60℃真空干燥，得到苯胺改性go/n-tio2主催化组分；（2）复配成型：将主催化组分与分散剂、粘结剂、稳定剂、防霉增效剂按配比混合，高速搅拌研磨，得到石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中苯胺乙醇溶液浓度为0.1mol/l，苯胺与氧化石墨烯质量比控制为30:1-50:1。

8.一种权利要求1-5任一项所述石墨烯二氧化钛光催化抗菌防霉剂的应用，其特征在于，所述抗菌防霉剂应用于室内空气净化、墙体涂料、木质制品、纺织品、水体环境的抗菌、除醛、降解有机污染物及防霉领域；可在紫外光、可见光条件下长效发挥光催化作用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述抗菌防霉剂在使用时，可直接粉体喷涂、添加入涂料/浆料、负载于纤维基材，在光照条件下，可高效降解甲醛等有机污染物，同时抑制细菌、霉菌滋生，对偶氮类污染物（主要是偶氮染料）具备选择性降解能力。