[發明專利]光催化陶瓷

在審

• 申請號: 202010922227.7
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112441744A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: I·G·萊斯奇
• 申請（專利權）人: 伊泰爾瑟股份公司
• 主分類號: C03C8/00
• 分類號: C03C8/00;C04B35/447;B01J21/06;B01J27/18;B01J35/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 譚冀

本發明涉及光催化陶瓷，具體地涉及用于生產抗菌光催化陶瓷的方法，其包括：?制備可用的非晶態Ti；?制備可用的基于鈣磷酸鹽的仿生材料或生物材料；?用所述非晶態Ti將基于鈣磷酸鹽的所述仿生材料或所述生物材料功能化，從而獲得功能化且取向的復合材料；?將所述功能化的復合材料添加至陶瓷混合物，和/或在陶瓷半成品上施加所述功能化的復合材料，其中陶瓷半成品意指烘焙之前的陶瓷材料；?在陶瓷半成品上施加所述功能化的復合材料；?在600和1400℃之間、優選在900和1300℃之間的溫度下烘焙持續從20至500分鐘變化的時間，從而獲得抗菌光催化陶瓷。本發明還涉及光催化陶瓷材料，其包含具有納米結構化的分級結構的仿生材料，所述納米結構化的分級結構有宏觀腔或微觀腔，在所述腔內以金紅石晶態形式包括TiO₂，并且涉及包含光催化陶瓷材料的磚瓦、衛生潔具和餐具。

現有技術

陶瓷是建筑物中使用最多的材料之一，并且隨著日益提高的興趣，陶瓷在配件領域中常見到，在廚房和浴室配件區中用作覆蓋物和/或用作制造硬質零件用的構造元件(例如工作臺面和/或后擋板)。用途范圍從住宅區到招待性行業(hospitality)和研究實驗室。

使用具有抗微生物性質的陶瓷材料具有明顯優勢。光催化是通過光催化劑產生強氧化過程的自然現象，其將有機和無機污染物分解，從而將它們轉化為無害物質。二氧化鈦TiO₂從在光催化中研究最多的材料脫穎而出。TiO₂結合長期穩定性和對生物圈的低毒性與良好光催化活性。近年來對于大氣和水的以下大范圍污染物研究了TiO₂的光催化性質：醇類、鹵化物、芳香烴類。進行的研究給出了對于有機酸、染料、NO_x等的有希望的結果。出于這些原因，TiO₂已經廣泛用于表面處理中。

TiO₂的這些性質已應用在水中和空氣中以及在表面上特別是在醫療/醫院環境中的細菌和有害有機材料的去除。TiO₂的活性受各種因素的影響，例如晶體結構、表面、納米顆粒的尺寸分布、孔隙率、TiO₂表面上的羥基基團的數量和密度。

事實上TiO₂以非晶態形式或以晶態形式存在，并且非晶態形式是無光催化活性的。已知TiO₂的三種天然晶態形式，稱作銳鈦礦、金紅石和板鈦礦。銳鈦礦和金紅石具有四方結構，而板鈦礦的結構是正交的。板鈦礦是較不常見的形式。銳鈦礦和金紅石是光催化活性的，而板鈦礦從未被測試過光催化活性。與金紅石相比，純的銳鈦礦作為光催化劑更有活性，可能是因為它在導帶的邊緣具有更高的負電勢，這意味著光生電子的更高勢能，和在其表面上更大數量的羥基基團。

Luttrell T.等人，Scientific Reports 4，文章號4043在2014年描述了金紅石和銳鈦礦的較高或較低的光催化活性可能取決于它們所沉積表面的性質和取決于在表面上所沉積涂層的厚度。例如，使用相同的表面條件，如果涂層厚于5nm，則銳鈦礦達到其最大活性，而對于金紅石而言2.5nm的涂層是足夠的。可通過適當摻雜TiO₂來提高這種活性。近年來，科學文獻已富有對用金屬氧化物摻雜TiO₂的詳細研究。

在300-500℃范圍內煅燒時，觀察到純的銳鈦礦形成。隨著溫度提高，觀察到晶體的尺寸提高。在500-700℃之間煅燒時，獲得混合的銳鈦礦-金紅石。