[发明专利]一种纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法，包括：以火焰热喷涂方法将预先制备的含有金属粉末和纳米二氧化钛粉末的悬浮液作为喷涂原料喷涂于预处理过的基体上，得到纳米二氧化钛光催化涂层，其中悬浮液的固液质量比为1～50:100；纳米二氧化钛粉末与金属粉末的质量比为1～10:1。本发明制备方法具有操作简单、工艺流程少、成本低等优点，适合工业化生产。通过本发明制备方法得到的纳米二氧化钛的光催化涂层厚度为5～100um，其光催化性能良好，尤其具有良好的光催化降解有机物性能，且其与基体结合强度高、涂层稳定性强，在光催化降解有机污染物领域，具有良好的应用价值和市场前景。

技术领域

本发明属于光催化涂层制备领域，具体涉及一种以金属粉末为粘结剂的纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法。

背景技术

地球表面积的70％都被水体覆盖，然而其中97.47％都是咸水，往往不能用于人们的日常生活和工业生产。人们用水只能依赖于800m以上的地下水、河流湖泊和水蒸气，而这部分水总量不足地球总水量的3％，而有限的淡水资源还常常被浪费或被污染，使得水资源日趋紧张。

目前，常用的污水的化学处理技术包括凝絮沉降技术(缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、凝絮剂)，氧化技术(超临界水氧化法、光催化氧化法、超声声化学氧化法、电化学氧化法)等；其中，氧化技术中的光催化氧化法利用太阳能驱动整个反应过程，在环境保护、医疗卫生等领域有着较好的应用前景，受到广泛关注，但光催化氧化法对太阳能的利用率低，量子化产率低。

TiO₂属于n型半导体具有很好的化学稳定性、耐久性、无毒副作用、价格廉价，且能够重复使用而不降低光催化活性，TiO₂粉末具有较大的比表面积和较好的光催化活性，使其在空气净化，污水处理、杀菌、防雾自清洁和能源等领域有着广阔的应用前景。但在实际应用中，颗粒状催化剂，特别是纳米催化剂，使用过程中容易发生团聚导致比表面积减小，光催化性能下降，使用后又往往难以回收利用。将TiO₂制备成薄膜或涂层的形式能够牢固地把TiO₂固定下来，从而可以有效地解决这一问题。

目前制备TiO₂薄膜/涂层的技术有：溶胶-凝胶法、自组装、磁控溅射、喷雾水解/热解和热喷涂等。传统的制备或工艺复杂、设备昂贵，或生产成本较高、不宜工业化，或残余气体有毒有害，或薄膜面积小、不宜大规模成膜，或成膜基体受限等。因此，要实现光催化涂层的大规模生产应用，亟需开发一种新型的低成本、高质量、大面积、适合工业化生产的涂层制备技术。

热喷涂技术中的火焰喷涂(Flame Spray，FS)是以燃气(乙炔、丙烷等)和氧气混合后燃烧产生的火焰为热源，将粉末(丝材、棒材等)加热熔化后，经压缩空气(雾化)加速后撞击到基体表面冷却而形成涂层。火焰喷涂设备简单，操作灵活，经济性好，如专利CN105964283A以羟基磷灰石包覆纳米二氧化钛形成复合材料悬浮液，将其经热喷涂工艺，喷涂沉积到基材表面，得到纳米羟基磷灰石包覆的纳米二氧化钛光催化涂层。

但利用纳米粉体分散成悬浮液，经高温负载在基体的二次粒子与基体材料的结合很松散，催化涂层容易脱落，其实用化较困难；目前的解决办法多采用引入粘合剂材料增加涂层与基体的结合强度，但普通粘合剂对纳米催化剂的包覆作用，多会降低光催化涂层的光催化活性(CN101264455A)，影响涂层的综合性能及应用。

发明内容

本发明提供了一种以金属粉末为粘结剂的纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法，该制备方法具有操作简单、工艺流程少、成本低等优点，适合工业化生产。

一种纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法，包括：

(1)将纳米二氧化钛粉末、金属粉末与溶剂搅拌混合得到均匀稳定的悬浮液，其中悬浮液的固液质量比为1～50:100；

(2)以上述制备的悬浮液为喷涂原料，进行火焰热喷涂，将喷涂原料沉积到预处理过的基体表面，获得纳米二氧化钛光催化涂层。