[发明专利]一种纳米钒酸铋-锌电镀层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电化学镀层领域，具体涉及一种光催化抗菌耐蚀的纳米钒酸铋‑锌电镀层及其制备方法和应用。在含有纳米钒酸铋的无毒硫酸盐镀液体系中，利用超声波与搅拌辅助，在基材表面恒电流电沉积获得纳米钒酸铋掺杂的抗菌耐蚀锌镀层。本发明中纳米钒酸铋‑锌复合电镀层具有表面致密、电位较负、环境友好及高效抗菌等诸多优点，适用于多种生物活性环境中钢铁材料的绿色防护，具有良好的应用价值。

技术领域

本发明属于电化学镀层领域，具体涉及一种光催化抗菌耐蚀的纳米钒酸铋-锌电镀层及其制备方法和应用。

背景技术

在众多钢铁的防护性金属镀层中，锌镀层自腐蚀电位负、晶体结构致密，屏障作用好，一直被广泛应用于钢铁防护。然而，海洋环境是一个生物活性非常高的腐蚀性环境，由生物活性引起的微生物腐蚀与生物污损问题一直以来威胁着人工钢铁设施的安全运行，因此，对于海洋环境中钢铁设施的生物活性的控制具有重要意义。

目前，针对生物活性的腐蚀与污损问题，常规的防护方法是使用负载有机杀菌剂的有机涂料或无机涂镀层解决。然而，有机杀菌剂多采用毒性机制，且需要持续释放才能达到长效防护效果，因此会对环境造成一定污染，危害生态安全^[1]。

近年来，无机防污纳米材料得到进一步发展，并获得良好的杀菌防污效果。目前，无机防污材料主要包括贵金属杀菌材料和光催化杀菌材料。贵金属材料如银、铜颗粒等，但是价格昂贵，且多数具有生物毒性，对环境具有一定危害。而光催化杀菌材料是近年来研究较多，且杀菌效果良好、对环境完全无毒无污染，是理想的环境友好防污材料。然而，这些光催化纳米材料都是以粉体形式存在，只能应用在水体环境中，即使使用溶胶凝胶法或涂覆法等手段使其在基底表面形成薄膜，虽然达到防污效果，但其机械性能很差，无法适用于实海应用环境^[2]。尽管最新研究表明，部分光催化纳米材料可以使用原位生长的方法获得薄膜，但是仅限于半导体金属氧化物，并不能适用于更广泛的纳米光催化材料^[3]。

发明内容

针对上述钢铁防护性锌镀层在海洋环境中应用时遇到的生物活性腐蚀与污损问题，本发明目的在于提供一种光催化抗菌耐蚀的纳米钒酸铋-锌电镀层及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案为：

一种纳米钒酸铋-锌电镀层，在含有纳米钒酸铋的无毒硫酸盐镀液体系中，利用超声波与搅拌辅助，在基材表面恒电流电沉积获得纳米钒酸铋掺杂的抗菌耐蚀锌镀层。

所述无毒硫酸盐镀液体系为250～400g/L ZnSO₄·7H₂O、80～250g/L Na₂SO₄、25～30g/L H₃BO₃、40～45g/L Al₂(SO₄)₃·18H₂O。

所述镀液体系中添加树枝状纳米钒酸铋，其添加量为每升镀液体系中加入8-12g。

所述树枝状纳米钒酸铋为将钒酸铋通过水热合成法制备。

具体为：利用Bi(NO₃)₃·5H₂O的硝酸溶液作为A；在NH₄VO₃的NaOH溶液中加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)得到溶解液B；然后在磁力搅拌下将B溶解液逐滴加入到A溶解液中，并调节悬浮液pH为7，继续搅拌60min；将悬浮液转移至高压反应釜中，160℃热处理24h；反应结束后，产物抽滤得到树枝状BiVO₄。