[发明专利]纳米二氧化钛光催化剂薄膜的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化钛光催化剂薄膜的制备工艺，属于光催化技术领域。

背景技术

二氧化钛光催化技术应用于环境污染的治理，特别是用来彻底分解空气及水中各种有毒、有害的有机污染物已成为世界各国公认的最有效手段之一。

二氧化钛光催化技术是一种高级氧化分解技术。二氧化钛颗粒表面在吸收紫外光后产生电荷分离，生成具有极强氧化能力的活泼自由基。它的光催化活性就是由这些活泼自由基引起，能够非选择性地氧化分解各类有机污染物，其氧化能力远远高于臭氧和过氧化氢。

研究表明，光催化分解反应是发生在二氧化钛颗粒的表面，而不是发生在体相中。这就要求二氧化钛光催化剂必须具备高比表面积、高吸附能力、高光吸收能力和高电荷分离能力。采用“纳米技术”是提高二氧化钛光催化效率的首选途径。这是因为纳米二氧化钛具有巨大的比表面积，其表面吸附有机污染物的能力大大增加；同时，由于纳米二氧化钛粒径小，处于表面态的原子数多，光激发产生电子和空穴(e^-，h⁺)的几率大大增加，促使其光催化氧化反应速率大大提高，从而能够把其表面吸附的有机污染物快速地氧化分解为二氧化碳和水等无机物。因此，纳米二氧化钛是一种高效光催化剂。

光催化剂在实际使用中通常是需要提供便于其附着的基材，或称载体。载体本身应该具有高比表面积、高吸附能力以及与光催化剂的高亲和能力。

目前，常用的光催化剂载体有活性炭毡、活性炭海绵、纸蜂窝、铝蜂窝、泡沫铝、金属丝网等，但是这些载体对于光催化剂的附着力不够强、附着量不够多而且易脱落、使用寿命短。

陶瓷由于其本身微孔结构带来的高比表面积以及与二氧化钛的高亲和能力应该是获得高效的优选载体。本发明提供一种增效型多孔陶瓷板作为纳米二氧化钛光催化剂薄膜的载体。与泡沫陶瓷和直孔型蜂窝陶瓷相比，其特点是担载光催化剂数量更多、接受光辐照面积更大。

光催化剂在载体上的涂复工艺也是获得高效的关键技术，通过喷涂和烧结技术可以在陶瓷表面形成牢固的薄膜，不易脱落、使用寿命长。

发明内容

本发明提供一种纳米二氧化钛光催化剂薄膜的制备工艺，该制备工艺采用无机合成，不使用有机溶剂，反应过程中无废水、废气产生，是一种洁净制备工艺，二氧化钛的理论收益率高达166%，与其它的专利工艺相比原料成本大大降低；其中纳米二氧化钛水性胶体的颗粒粒径小于10纳米，结晶度高，具有很强的光催化活性，且在增效型多孔陶瓷板上的涂覆性能和成膜性能非常好；制成的高效光催化剂薄膜可以应用在空气和水的净化领域，在紫外光的辐照下能够氧化分解各种有毒、有害的有机污染物，甲醛去除率高且去除时间大大缩短，同时杀菌率高且时间短。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纳米二氧化钛薄膜的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、将金属钛放入玻璃烧杯中，加入过氧化氢水溶液形成混合液，金属钛与过氧化氢的摩尔比为1：8~12；

步骤二、将玻璃烧杯置于冰水浴中，冰水浴温度控制在5～15℃之间，搅拌所述混合液物形成中间反应物；

步骤三、将一定量的氨水倒入带支管和活塞的烧瓶中，将烧瓶置于热水浴中，水浴温度控制在60℃左右，加热使氨挥发形成氨蒸汽，此氨蒸汽通过支管进入中间反应物中，调节中间反应物的pH值至8~11范围内获得调节后中间反应物，此时金属钛与氨的摩尔比为1：9~15；

步骤四、持续搅拌调节后中间反应物3~8小时，直到获得透明的黄色络合物水溶液；

步骤五、将黄色络合物水溶液转移至带支管的烧瓶中，放入60℃左右的热水浴中，蒸发除去过量的过氧化氢和氨，得到黄色络合物胶体；

步骤六、将黄色络合物胶体倒入高压反应釜中，150℃~200℃水热反应4~8小时，获得纯白色水性乳液；

步骤七、将纯白色水性乳液倒回玻璃烧杯中，常温下边搅拌边加入无机酸，调节乳液的pH值至2~4获得酸化后水性乳液；

步骤八、将玻璃烧杯放入60～80℃水浴装置中，在持续搅拌3～6小时使酸化后水性乳液渐渐胶化成纳米二氧化钛水性胶体，胶体中二氧化钛的含量为7～10% wt。