[发明专利]一种含有三金属的氧化催化膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种含有三金属的氧化催化膜及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：（1）对钛基体进行表面预处理；（2）配制碱性磷酸钠/磷钨酸复合电解液，添加剂为纳米氧化锌颗粒；（3）将步骤（1）中的钛基体作为阳极，置于装有步骤（2）电解液的双层玻璃反应器中，进行等离子体电解氧化处理，制得含有TiO₂‑WO₃‑ZnO三金属氧化催化膜。将制得的TiO₂‑WO₃‑ZnO三金属氧化催化膜放入装有亚甲基蓝溶液的光催化反应器中进行催化降解实验。本发明获得的催化膜表面含有纳米ZnO颗粒，增大了比表面积，具有附着力好，光催化活性高等优点。

技术领域

本发明属于催化膜领域，具体涉及一种含有三金属（TiO₂-WO₃-ZnO）的氧化催化膜及其制备方法与应用。

背景技术

亚甲基蓝是印染中常见的一种有机物，不加任何处理会对水体及环境造成很严重的危害。因此，很多研究者致力于寻找合适的方法来处理亚甲基蓝废水。

一种可行的方法，是利用光催化剂在光照条件下催化降解废水中亚甲基蓝。目前使用最多的光催化剂为粉体二氧化钛，取得了较好的效果。然而传统粉体二氧化钛的回收问题则日益凸显。

等离子体电解氧化是一种比较新的金属表面处理技术。该技术操作流程简单，绿色环保，能够在轻金属（Al、Mg、Ti、Zr等）表面原位生成膜层。生成的膜层与基体结合强、含有优异的力学及机械性能，引起广泛研究。将其用于钛合金表面改性，可以改善钛基体表面的性能，制备出不同功能的膜层。虽然等离子体电解氧化制备催化剂膜层有独特的优点，但其实际应用受到很大限制——孔隙率及比表面积低，微观结构较差，活性组分低且不易富集等，导致其制备出的催化剂实际催化效果较差。因此，提高等离子体电解氧化膜层的比表面积及活性组分含量，对拓宽该技术在催化领域研究应用含有重大意义。此外，常用光催化剂中，氧化锌是直接带隙半导体材料，光电效率高，其光催化活性在某些方面甚至优于目前应用最成熟的二氧化钛光催化剂。且氧化锌价廉易得，无毒无污染，有望用于新一代光催化剂。氧化钨则可以一定程度上抑制光生电子-空穴复合。鉴于此，本发明介绍了一种在钛金属基体表面，制备原位三金属氧化催化膜的方法，制备出的膜层与基体结合能力强，催化活性高，能够实现催化剂的快速回收。

发明内容

本发明的目的是针对等离子体电解氧化催化膜的催化效率低的缺点，提供了一种简单可靠的含有三金属的氧化催化膜及其制备方法与应用。

本发明通过选用碱性复合电解液，通过工艺参数的调节，控制等离子体电解氧化反应过程，制备出原位多孔的三金属氧化物膜层，制得的膜层表面含有纳米ZnO颗粒，增大了比表面积，具有附着力好，光催化活性高等优点。

本发明的目的是通过如下方案来实现。

一种含有三金属的氧化催化膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）基体预处理：将基体用砂纸逐级打磨至光滑；

（2）基体表面清洗：依次用乙醇、水超声清洗步骤（1）预处理后的基体，并在暖空气中干燥；

（3）配制碱性复合电解液：将磷酸钠、磷钨酸溶于水中，并加入添加剂纳米氧化锌颗粒，混匀，得碱性复合电解液；

（4）等离子体电解氧化处理：将步骤（2）干燥后的基体连接到电源的阳极，不锈钢片作为阴极，将阳极、阴极浸泡在装有步骤（3）所述碱性复合电解液的双层玻璃反应器中，对阳极、阴极间施加电压反应，使基体表面原位生长出含有三金属的氧化催化膜。

优选的，步骤（1）所述基体为钛合金基体。

优选的，步骤（2）中表面油污及杂质的清洗，可采用无水乙醇及去离子水，超声清洗5 min以上。

优选的，步骤（1）所述砂纸为220到4000目的砂纸。