[发明专利]掺杂纳米二氧化钛陶瓷膜的制备方法

说明书

技术领域：本发明涉及的是一种陶瓷膜的制备方法，特别是一种掺杂纳米二氧化钛陶瓷膜的制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术：在TiO₂中掺杂不同的金属离子，不仅能影响电子-空穴对的复合率，提高表面羟基位，改善光催化效率，还可能使TiO₂的吸收波长范围扩大到可见光区域，增加对太阳能的转化和利用。经文献检索发现，符小荣等人在《化学学报》1998，56：P521撰文，该文提出金属粒子掺杂可在半导体晶格中引入缺陷位或改变结晶度，从而影响电子-空穴对的复合，金属粒子掺杂的相对效应取决于它是作为界面电荷迁移的介质，还是成为电子-空穴对的复合中心。在金属离子掺杂的TiO₂光催化反应中，空穴和电子的捕获，以及它们在晶格中的释放和向光反应界面的迁移决定着光催化效率。离子掺杂对界面电子的迁移率、电荷载流子的复合率和光催化活性的影响与离子种类及掺杂量有关。金属离子掺杂具有最佳浓度，而随着半导体粒子内部掺杂数目的增多，捕获位间的平均距离降低，使电子-空穴对重新复合的几率提高，由于掺杂离子在锐钛矿相中的溶解度有限，当较高浓度的离子掺杂时，易出现掺杂离子在某些表面的富集，如此的内部不均匀性是导致降低光催化活性的原因之一。

发明内容和具体实施方式：本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种掺杂纳米二氧化钛陶瓷膜的制备方法，制备均匀的掺杂TiO₂薄膜，可明显提高TiO₂的光催化活性，本发明的具体步骤如下：

(1)在剧烈搅拌下，将25-50mL钛酸丁酯缓慢滴加到80-100mL无水乙醇中，经过10-30min搅拌，便得到均匀透明溶液A；

(2)将1.0％-2.5％柠檬酸缓慢加入溶液A中，剧烈搅拌30-60min，得溶液B；

(3)将去离子水和浓度为0.2％-1.0％氯化铝溶液缓慢滴加到B中，剧烈搅拌40-60min，制得掺铝纳米TiO₂胶体溶液；

(5)以α-Al₂O₃为骨料，添加适量成孔剂，粘结剂，挤压成型后烧结成载体；

(6)把干燥的α-Al₂O₃陶瓷载体浸入掺铝的胶体溶液中一定时间后取出，以制备负载于多孔载体上的纳米陶瓷膜；

(7)陶瓷膜片均在相对湿度为65％及室温的条件下干燥12-20h时；

(8)然后在电阻炉中以一定的速率升至400-600℃并保持2小时，随炉自然冷却。

本发明步骤(6)中的α-Al₂O₃陶瓷载体直径25-60mm，厚度约1-3mm，用600号水砂纸打磨平整。浓度为1.0％-2.5％的柠檬酸作为络合剂，可以延缓强烈水解，浓度为0.2％-1.0％氯化铝的掺杂可以明显提高TiO₂的光催化活性，重复浸涂-干燥-烧结过程可以增加膜层的厚度并修补膜的缺陷。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明制备的掺杂纳米二氧化钛陶瓷膜具有高温下性质稳定和明显提高TiO₂的光催化活性的特点，本发明的纳米复合陶瓷膜是一种很有应用前景的新型光催化薄膜。

以下结合本发明的内容提供三个实施例：

实施例1

将25mL钛酸丁酯缓慢滴加到80mL无水乙醇中，经过30min搅拌，便得到均匀透明溶液A，将1％柠檬酸于剧烈搅拌下缓慢加到溶液A中，剧烈搅拌60min，得溶液B，再于剧烈搅拌下将40mL无水乙醇、去离子水和浓度为1％的氯化铝溶液缓慢滴加到B中，10min滴完，剧烈搅拌40min，制得掺铝纳米TiO₂胶体溶液，然后以α-Al₂O₃为骨料，添加适量成孔剂，粘结剂，挤压成型后经一定的烧成制度烧结成载体，把干燥的α-Al₂O₃陶瓷载体浸入掺铝的胶体溶液中一定时间后取出，以制备负载于多孔载体上的陶瓷膜，所有膜片均在相对湿度为65％及室温的条件下干燥15h时，然后在电阻炉中以一定的速率升至400℃并保持2小时，随炉自然冷却。制备的纳米二氧化钛陶瓷膜具有较强的热稳定性，在光照时间足够长的条件下，空气中的微量丙酮在纳米二氧化钛陶瓷膜上可以完全降解，光催化活性明显提高。

实施例2