[发明专利]用于多孔陶瓷材料表面负载光催化膜真空镀膜装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于多孔陶瓷材料表面负载光催化膜的真空镀膜装置及方法，属于复合材料成形技术领域。

背景技术

近年来，由于企业生产工艺落后，管理水平较低且物料消耗高，造成单位产品的污染物排放量过高；同时城市人口增长速度过快，工业集中，而城市下水道和污水处理设施的建设发展速度极为缓慢。这些主、客观原因使得我国的水环境在不断的恶化。传统的污染物（COD、BOD）、富营养化成分及各类有毒化学物质造成的水污染都在逐年增加，目前我国90%以上的城市水域污染严重，近50%的重点城镇水源不符合饮用水标准，环境污染治理已成为现代社会面临和亟待解决的重要问题之一。因此，研究者一直在寻求高效、环境友好的污染物处理技术以应对环境威胁。

光催化技术是上世纪70年代发现的一种高效、清洁、彻底的污染物处理技术，目前已开发出多种具有光催化效应的半导体材料，其中纳米TiO₂粉末具有化学稳定性高、耐光腐蚀、难溶于水和无毒性等优点，水体中一些难以降解的化合物在光辐射条件下，可以通过TiO₂的光催化作用降解为H₂O和CO₂，因此TiO₂纳米粉末光催化降解法是一种极具应用前景的水处理新技术。负载法是将TiO₂纳米粉末固定于某一载体上来制备负载型TiO₂光催化材料，这种材料在水处理中液固分离较为容易，重复使用较为方便。为了提高催化膜材料与污水的接触面积，载体多采用多孔型材料，如硅胶、沸石、玻璃纤维、多孔陶瓷等。其中多孔陶瓷是一种经人工合成的、体内含有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料，因其具有比表面积大、成形方便、成本低、无污染等优点，是一种广泛使用的绿色环保载体。

目前普遍采用的镀膜方法有浸渍提拉法、直接喷涂法等，由于多孔陶瓷材料所具有的三维多孔结构，且孔径较小，采用以上方法只能将镀液涂覆在多孔陶瓷体的外层，而无法渗透到陶瓷体内部的孔洞里，从而造成只能在多孔陶瓷外层负载上纳米TiO₂薄膜，而内部没有，这就极大的减小了这类负载型TiO₂光催化材料的有效使用面积，尤其对于体积较大的多孔陶瓷填料块，其纳米TiO₂薄膜的负载面积更低，这也极大的阻碍了多孔陶瓷基纳米TiO₂光催化材料的推广使用。因此开发一种适用于多孔陶瓷材料表面负载光催化膜的装置和方法，制备出具有较高膜覆盖率的多孔陶瓷光催化材料，对光催化技术在水环境治理中的推广应用具有积极的意义。

发明内容

本发明提出了一种用于多孔陶瓷材料表面负载光催化膜的真空镀膜装置及方法，其目的旨在所制备的多孔陶瓷基纳米光催化材料具有负载膜厚度均匀、覆盖率高、结合牢固等优点，适用于大规模生产多孔陶瓷基纳米光催化填料块等环境净化材料。

本发明的技术解决方案：用于多孔陶瓷材料表面负载光催化膜的真空镀膜装置，其结构包括反应罐装置、储液罐、升液管、真空抽气管、石英排气管、烘干进气管、加压管和支撑装置。所述反应罐为中空罐体，固定于支撑架上；反应罐的上腔横截面为正方形，下腔为漏斗形，其顶部安装有端盖可将罐体密封，底部与升液管连接；反应罐体内部安装有衬板，多孔陶瓷块固定于两块衬板之间；所述真空抽气管和石英排气管安装于端盖上部；所述烘干进气管安装于反应罐下腔侧壁；所述储液罐为圆柱形密闭罐体，安装于反应罐下方，镀液储存于罐内，升液管通过储液罐顶部通孔插入到罐内，储液罐顶部还安装有进液管和加压管，底部安装有排液管。

本发明具有以下有益效果：

1）镀液在真空条件下缓慢渗透入多孔陶瓷块中，陶瓷块内孔呈负压状态，镀液的渗透能力强，且孔洞内无气体阻滞作用，镀液可有效的渗入到所有的开口孔洞中，所制备的多孔陶瓷具有较高的膜覆盖率；

2）镀液在真空负压和储液罐内正压共同作用下通过升液管，由下而上的吸入到反应罐中，液位上升平稳，通过调整储液罐内的正压压力可使镀液以适宜的流速通过多孔陶瓷块，可以保证多孔陶瓷内孔镀膜厚度的均匀性，同时也可适用于具有不同孔径及孔隙率的多孔陶瓷基体；

3）本发明可进行渗镀与烘干两个过程的交替循环操作，从而实现对多孔陶瓷材料的多道次镀，以提高基体表面负载膜的厚度和膜的附着强度，具有较高的生产效率；

4）本发明在工作过程中，镀液一直处于流动状态，有利于提高镀液内成分的均匀性，从而在多孔陶瓷基体表面获得成分均匀的镀层；

5）本置结构简单，操作方便，适宜进行大批量生产。