一种燃油车尾气吸附降解涂料及其制备方法、应用与流程

2021-02-02 17:02:01|

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本发明属于燃油车尾气处理技术领域，特别涉及一种燃油车尾气吸附降解涂料及其制备方法、应用。

背景技术：

虽说新能源汽车领域在不断发展，但目前市面上的汽车仍旧是以燃油车为主，并且本领域人员均知晓，要想让新能源汽车取代燃油车，还有很多实质性的问题，譬如电池的续航，基础充电设施的铺建、长期维护保养等问题需要解决。而作为传统的燃油车，其实质上也存在诸多的弊端，其中最为明显的就是燃油车尾气的污染问题，并且，这一问题随着近年来燃油车保有量的逐年增长而愈发严重。

燃油车的尾气中含有大量的一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc)、氮氧化合物(nox)、微粒物和硫化物等有害物质，这些有害物质会给城市居民、道路使用者、运营维护人员以及道路沿线一定范围内的动植物带来较大的危害，直接影响人体健康和生存环境的质量。为此，利用路面或者道路交通附属设施在汽车有害排放物尚未扩散到大气之前就将其毒性消除或至少是降低，无疑是一种较好的大气污染治理方法。

如申请号为“cn201910344464.7”的中国专利公开了一种高效耐久的尾气降解材料及其制备方法，该尾气降解材料包括以下质量比例的成分：40％～45％纳米tio2、43％～48％al2o3和8％～12％橡胶粉。该方案中的尾气降解材料由纳米tio2、al2o3和橡胶粉组成，al2o3和橡胶粉的加入对纳米tio2进行了改性，相较于纯纳米tio2材料，将本材料制成涂料涂覆在路面上，尾气降解率更快更高，耐磨耗性更好，从而使纳米tio2能更好地推广应用于汽车尾气降解领域中。

如申请号为“cn201310086884.2”的中国专利公开了一种自洁性路面汽车尾气降解涂料及其制备方法，该涂料包括a组分和b组分，以重量百分比计，b组分为a组分的1～6％，以重量份数计，a组分包括以下物质：成膜剂100份；补强剂5～20份；光催化复合颗粒15～30份；改性剂5～20份；催化剂0.1～0.5份；增塑剂5～15份；消泡剂0.05～0.5份；羟基稳定剂0.5～2份；碱性水100～200份，b组分包括以物质：交联剂1～6份；增粘剂2～6份；消泡剂0.05～0.5份。本发明中的光催化复合颗粒参与涂料的补强作用，其粘附性强，不易脱落，同时涂料具有憎水和憎水迁移性、表面不易聚集灰尘，保障了颗粒的路面光催化降解尾气能力，增加了光催化降解时间，提高了光催化效率。

如申请号为“cn201910628315.3”的中国专利公开了一种净化汽车尾气的道路用涂料及制备方法，所述的涂料包括如下制备过程：(1)将纳米二氧化钛与硅藻土粉末混合均匀；(2)采用激光扫描技术对混合粉末进行激光焊接，得到硅藻土焊接负载纳米二氧化钛；(3)将水、硅灰石粉、石灰石、甲基纤维素、水性环氧树脂胶、膨润土、分散剂、消泡剂、硅藻土焊接负载纳米二氧化钛混合均匀，即得净化汽车尾气的道路用涂料。本发明通过玻璃粉辅助和激光焊接的方式使得硅藻土负载纳米二氧化钛，工艺绿色无污染，生产效率高，负载更牢固，不易脱落，进一步制得的道路涂料中得吸附能力强，可将尾气大量吸附在催化剂颗粒的表面，提高了对尾气的降解效率，拓宽了光催化技术的实际工业应用。

基于上述公开的现有技术可以看出，本领域技术人员为消除燃油车尾气对大气的污染问题，设计研发了多种的技术方案，期望达到较好的技术效果，降低燃油车尾气对大气的污染。

技术实现要素：

基于上述公开的现有技术，本申请的发明人经过潜心研究，重点研究了对燃油车尾气的吸收和降解机理，提供了一种燃油车尾气吸附降解涂料，达到降低燃油车尾气的扩散对周边大气环境影响的目的。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种燃油车尾气吸附降解涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛酸丁酯分散到无水乙醇中得到混合体系a；

分别称取铁盐、锌盐和银盐，并分散到无水乙醇与冰乙酸按体积比为1：(0.6-1)形成的混合溶液中，得到混合体系b；然后将混合体系b滴加到不断搅拌的混合体系a中，得到均匀透明的溶胶，经陈化处理后得到凝胶，将凝胶干燥、研磨成分，在450-500℃的温度下煅烧处理，得到经复合掺杂改性的纳米tio2粒子；

(2)将聚丙烯投入熔喷设备中加热得到熔体，经200-220℃的熔喷模头喷丝孔喷出，喷出的纤维丝在235-245℃的牵伸气流作用下拉伸成长度为30-80mm的短纤维；所述的牵伸气流中包含有海泡石粉和步骤(1)中制备得到的复合掺杂改性的纳米tio2粒子；

(3)先将水性环氧树脂胶水、膨润土、消泡剂、分散剂加入到水中混合均匀，再加入步骤(2)中制备得到的短纤维，以300-500rpm的转速搅拌30-40min，使各原料混合均匀，即得所述的燃油车尾气吸附降解涂料。

优选地，所述铁盐中fe³⁺、锌盐中zn²⁺和银盐中ag⁺的摩尔比为1：(0.5-1.5)：(1.3-3.8)；优选为1：1.2：2.5。

优选地，步骤(2)中，所述喷丝孔的孔径为50-100μm，优选为60-70μm。

优选地，所述牵伸气流的压力为0.1-0.6mpa；

所述海泡石粉与复合掺杂改性的纳米tio2粒子的重量比为1：(1.5-2.5)。

优选地，步骤(3)中，各原料按重量份数计，水性环氧树脂胶水15-28重量份、膨润土2-8重量份、消泡剂0.3-1重量份、分散剂0.3-1.5重量份、水30-50重量份、短纤维18-30重量份。

优选地，所述的水性环氧树脂胶水为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的至少一种。

优选地，所述的消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的至少一种。

优选地，所述的分散剂为聚羧酸盐分散剂、聚丙烯酸铵中的至少一种。

本发明第二方面提供了一种采用上述方法制备得到的燃油车尾气吸附降解涂料。

本发明第三方面提供了一种上述的燃油车尾气吸附降解涂料的应用，所述的应用包括向所述的涂料中加入固化剂，搅拌混合均匀后涂覆在路口临近车辆停止线的车道内、道路中央的防护栏上，或道路两边的灯柱上，形成尾气吸附降解层。通过该尾气吸附降解层，可以有效的防止道路上燃油车，特别是在路口短暂停留的燃油车所产生污染物尾气在空气中的扩散现象。

通过上述技术方案，利用不同价位的金属离子实现对tio2粒子晶格混合式掺杂，更有效的实现了光生电子和空穴对的复合，进而实现了催化效率的提高；而且，经本发明制备的纳米级tio2粒子，产生的能级移动、光激发位置趋近表面、电荷分离的空间变小及表面积增大等效应可以有效的提高量子产品，有利于光催化反应的进行；

在本发明的技术方案中，利用聚丙烯的熔喷成丝构建出三维网状的结构体系，并在纤维丝的成型过程中掺入海泡石粉和上述复合掺杂改性的纳米级tio2粒子，由于起到光催化反应的tio2粒子附着在纤维丝的表面，具有较好的接触效果，相比于内掺杂方式具有明显提高的光催化效率；并且，通过海泡石粉的复合掺入，不仅能够提高对污染物气体的留着效果，而且可以进一步提高纳米级tio2粒子在纤维丝表面的附着能力；

在本发明的技术方案中，通过将上述制备得到的短纤维掺杂在水性环氧树脂胶水中，形成具有黏度的涂料组分，可方便的设置到不同的位置上，进而从不同的位置对燃油车尾气进行吸附和降解，实现防止燃油车尾气在空气中持续扩散的效果，具有较好的应用前景。

需要指出的是，本发明提供的上述技术方案具有一定的连贯性，从制备具有光催化活性的纳米级tio2粒子开始，至其负载到具有三维网状结构纤维丝，再到其掺杂在水性环氧树脂胶水构成的黏结体系中，形成涂料的制备工艺简单方便，可方便的实现工业化生产。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明中所有的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本发明中所有的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种燃油车尾气吸附降解涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛酸丁酯分散到无水乙醇中得到混合体系a；

本发明提供的技术方案中，在制备纳米tio2粒子时，通过不同价位的金属粒子对tio2粒子的晶格进行混合式的掺杂，如此，更有效的实现了光生电子与空穴对的复合，提高了光催化效率；所述的铁盐、锌盐和银盐选择本领域技术人员所熟知的可溶性盐，例如，硝酸铁、硝酸锌和硝酸银。

特别的，发明人发现，将上述各金属离子的摩尔比控制在一定比例内，能够进一步的提高量子产品，促进光催化反应的进行，具体的，所述铁盐中fe³⁺、锌盐中zn²⁺和银盐中ag+的摩尔比为1：(0.5-1.5)：(1.3-3.8)；更优选为1：1.2：2.5。

根据本发明，本发明中，喷丝孔的孔径会影响到喷出聚丙烯纤维的直径，作为优选的，所述喷丝孔的孔径为50-100μm，进一步优选为60-70μm。

本发明中，所述牵伸气流的压力可以在较宽的范围内选择，作为优选的，所述牵伸气流的压力为0.1-0.6mpa；此外，海泡石粉与复合掺杂改性的纳米tio2粒子的重量比可以在较宽的范围内选择，为了进一步提高对污染物气体的留着效果，同时提高纳米级tio2粒子在纤维丝表面的附着能力，作为优选的，所述海泡石粉与复合掺杂改性的纳米tio2粒子的重量比为1：(1.5-2.5)。

根据本发明，所述的燃油车尾气吸附降解涂料中，各原料组分的用量可以在较宽的范围内选择，作为优选的，步骤(3)中，各原料按重量份数计，水性环氧树脂胶水15-28重量份、膨润土2-8重量份、消泡剂0.3-1重量份、分散剂0.3-1.5重量份、水30-50重量份、短纤维18-30重量份。

进一步的，根据本发明，所述的水性环氧树脂胶水为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的至少一种。

进一步的，根据本发明，所述的消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油中的至少一种。

进一步的，根据本发明，所述的分散剂为聚羧酸盐分散剂、聚丙烯酸铵中的至少一种。

本发明还提供了一种根据上述方法制备得到的燃油车尾气吸附降解涂料。

本发明还提供了一种燃油车尾气吸附降解涂料的应用，所述的应用包括向所述的涂料中加入固化剂，搅拌混合均匀后涂覆在路口临近车辆停止线的车道内、道路中央的防护栏上，或道路两边的灯柱上，形成尾气吸附降解层。

以下通过具体的实施例对本发明提供的燃油车尾气吸附降解涂料的制备方法做出进一步的说明。

实施例1

一种燃油车尾气吸附降解涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将20g钛酸丁酯分散到45ml的无水乙醇中得到混合体系a；

将无水乙醇和冰乙酸按体积比为1：0.8进行混合得到混合溶液，分别称取硝酸铁、硝酸锌和硝酸银，分散到上述的混合溶液中，得到混合体系b，其中，所述硝酸铁中fe³⁺、硝酸锌中zn²⁺和硝酸银中ag⁺的摩尔比为1：1.2：2.5；

将混合体系b滴加到不断搅拌的混合体系a中，得到均匀透明的溶胶，经陈化处理后得到凝胶，将凝胶干燥、研磨成分，在500℃的温度下煅烧处理，得到经复合掺杂改性的纳米tio2粒子；

(2)将聚丙烯(购自北欧化工，牌号为wf420hms，熔体流动速率(230℃，2.16kg)为22g/10min)投入熔喷设备中加热得到熔体，经210℃的熔喷模头喷丝孔喷出，所述喷丝孔的孔径为60μm，喷出的纤维丝在240℃的牵伸气流作用下拉伸成长度为60mm的短纤维；所述的牵伸气流中包含有海泡石粉和步骤(1)中制备得到的复合掺杂改性的纳米tio2粒子；

所述的海泡石粉先在500℃的温度条件下煅烧处理3h，再用10％的盐酸溶液浸泡处理2h，用去离子水洗涤至中性，烘干；

所述牵伸气流的压力为0.5mpa；所述海泡石粉与复合掺杂改性的纳米tio2粒子的重量比为1：2；

(3)先将水性环氧树脂胶水(牌号为hyperwe1051，双酚a型环氧树脂乳液，固含量为50wt％)、膨润土(购自深圳市安信矿业有限公司)、消泡剂(购自赢创工业集团生产的型号为tego-902w的聚醚硅氧烷共聚物)、分散剂(购自日本诺普科生产的型号为sn-5040的聚羧酸钠盐型分散剂)加入到水中混合均匀，再加入步骤(2)中制备得到的短纤维，以450rpm的转速搅拌30min，使各原料混合均匀，即得所述的燃油车尾气吸附降解涂料。

其中，各原料按重量份数计，水性环氧树脂胶水23重量份、膨润土5重量份、消泡剂0.6重量份、分散剂0.6重量份、水40重量份、短纤维25重量份。

实施例2

本实施例与实施例1中燃油车尾气吸附降解涂料的制备方法基本一致，不同的是，步骤(1)中，所述硝酸铁中fe³⁺、硝酸锌中zn²⁺和硝酸银中ag⁺的摩尔比为1：0.5：1.3；