[发明专利]一种在氧化铝泡沫陶瓷上制备TiO2 薄膜的工艺

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷镀膜技术领域，涉及一种在陶瓷上制备TiO₂薄膜的工艺，尤其是一种在氧化铝泡沫陶瓷基体上制备分布均匀、具有光催化性和纳米级厚度的TiO₂薄膜的制备工艺。

背景技术

随着我国工业化和城市化的不断推进，对环境的影响越来越深。环境的污染问题也越发突出，逐渐成为了制约我国经济快速发展的绊脚石。同时人们生活水平的提高也要求拥有一个良好的生活居住环境。为此，对工业废水、生活污水、有毒废气的净化处理已经成为了亟待解决的问题。由于工业废水、生活污水等物质大都处于一种极端恶劣的腐蚀性环境中。为了使得催化剂能够在这种工况下长期有效地降解有害物质，这便要求催化剂的载体具有良好的稳定性和耐腐蚀性。

在工业上TiO₂又被称为“钛白粉”，TiO₂具有无毒，化学性质稳定，耐酸耐碱，无刺激性等优异性能。对于纳米TiO₂颗粒，由于其粒径小，具有对紫外光的吸收和散射作用，同时还具有优异的光催化活性、颜色效应等。以上特性使得TiO₂可用作光催化材料、太阳能电池材料(光电材料)、紫外线屏蔽剂，漆料添加剂、传感器材料及催化剂载体等。TiO₂的光催化作用主要体现在以下几个方向：1、有机污染废水的处理。目前的研究报道，TiO₂半导体可以降解有机染料、有机燃料、有机磷、有机氯化物、苯酚等有机污染物。2、无机污染物的降解。目前的研究发现，光照条件下TiO₂可以将Cr₂O₇²⁺还原为Cr³⁺，也可以将CN^-氧化成OCN^-。3、空气净化。采用光催化氧化技术能在室温下利用空气中的水蒸气和氧气去除空气中的污染物，如氮氧化物、硫化物、甲醛等有害气体。TiO₂光催化性能未能达到大面积的使用，其原因主要有以下三个方面：1、量子效率低。单纯TiO₂光催化剂的光生电子—空穴对的再复合率高，光催化性能不突出。有文献指出，TiO₂量子效率最高不超过20%，较低的光量子效率是限制光催化实用化和工业化的主要原因。2、光谱响应范围窄。纯TiO₂只能利用太阳频谱范围约4%的紫外光部分。3、固定化条件苛刻。由于粉体催化剂在使过程中难以回收，容易造成催化剂的浪费，增加废水处理成本，影响光催化的实际应用，所以需要将TiO₂光催化剂固定。

采用Al₂O₃泡沫陶瓷作为TiO₂光催化剂的载体材料，其优点主要有以下几个方面：1、泡沫陶瓷材料为多孔结构，可以显著地提高TiO₂催化剂的有效面积。Al₂O₃陶瓷的孔隙率可以通过调节工艺参数准确地控制。利用溶胶-凝胶法将TiO₂光催化剂涂覆与陶瓷的表面和内部孔壁上，当被降解的溶液或气体穿过高孔隙率的泡沫陶瓷材料时可以大量地提高催化剂表面吸附的物质总量，从而提高光催化的效率。同时，多孔结构还可起到过滤水和气体中固体粒子的作用。2、Al₂O₃陶瓷具有稳定的化学性质，具有一定的耐腐蚀性。Al₂O₃陶瓷在强酸性溶液中可以钝化，表现出良好的耐强酸蚀性质。在弱碱性溶液中，Al₂O₃与碱反应缓慢，可认为具有一定的耐碱蚀性能。另外，Al₂O₃陶瓷在有机溶液中也能保持良好的稳定性。3、Al₂O₃陶瓷熔点高，在调整TiO₂晶体结构的热处理过程中保持了极好的高温稳定性和抗氧化性。纯Al₂O₃陶瓷的熔点为2010~2050℃，远高于锐钛矿型TiO₂向金红石相转化的温度（500~700℃）。另外，高熔点的基体有利于TiO₂在高温下发挥光催化作用，比如炼铁过程中对废气的净化等。4、Al₂O₃陶瓷密度低、强度硬度高，使得材料使用方便可靠。5、Al₂O₃原料广、价格低，为大量的生产提供了可靠的保障。