[发明专利]一种基于增材制造的陶瓷光催化载体结构

说明书

本发明涉及一种基于增材制造的陶瓷光催化载体结构，包括载体基体和有序多孔载体，载体基体包括基础层和若干错位层；基础层通过在三维空间内基于空间正四面体为元素进行变位设计得到，错位层通过将环绕型对称空间正四面体网状单层结构沿轴向进行变换和堆砌得到，变换内容为改变网格高度和直径，堆砌方式为以基础层中心轴为旋转中心，沿逆时针或顺时针方向按照变位角φ进行错位堆砌，得到若干错位层；载体基体通过3D打印技术制造而成，有序多孔载体为载体基体上的微观介孔。本发明的载体基体能提高光线的利用率，改善光线分布特性，采用3D打印技术作为载体基体的制造工艺，突破了载体结构存在缺陷的瓶颈，降低了生产和使用成本，可大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种基于增材制造的陶瓷光催化载体结构。

背景技术

研究发现光触媒在紫外线的作用下可以产生强氧化还原能力，可催化分解附着于物理表面的多种有机物及部分无机物，且降解产物无污染。但目前光触媒在室内污染空气的处理技术领域并未得到广泛的应用，其主要原因在于光触媒的负载方法存在着诸多限制因素：

(1)悬浮法存在光触媒颗粒分散性不佳、难以回收等问题；

(2)固定法负载技术弥补了悬浮法回收难的缺点，然而就现有常用的三种载体结构而言，还存在诸多不足，以至于反应效率较低：

①平板结构：有限空间内可反应表面积小；

②无序多孔结构：阻碍了光传播，接收光线不充分，有效反应面积小；

③有序蜂窝结构：较多孔结构比表面积小，布置光源较繁琐。

陶瓷材料的光固化快速成型是近两年来针对复杂陶瓷零件成型的新工艺，具有精度高、速度快、材料兼容度高、能够成型大尺寸陶瓷零件的特点，其利用光敏树脂作为粘结剂，陶瓷粉体作为填料，利用光固化快速成型设备，对所设计的三维模型进行打印成型。

多孔陶瓷应用领域十分广泛，主要用于催化剂载体、过滤和分离、散气材料、敏感元件、微孔模等。但目前多孔陶瓷材料的制备多采用模具成型，只能制备简单结构的制件，无法进行形状和结构上的优化，使应用受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的光触媒回收效率与光催化效率不可兼得的问题，提供一种基于增材制造的陶瓷光催化载体结构，它能够达到比表面积与光利用率的平衡，提高反应效率。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种基于增材制造的陶瓷光催化载体结构，包括载体基体和有序多孔载体，所述载体基体包括基础层和若干错位层；所述基础层通过在三维空间内基于空间正四面体为元素进行变位设计得到，具体方法为：将空间正四面体的边变为适应曲线，底面边去除，改变高度，再基于底面镜像变位空间正四面体，得到基于二维平面结构和空间正四面体的环绕型对称空间正四面体网状单层结构；所述若干错位层通过将所述环绕型对称空间正四面体网状单层结构沿轴向进行变换和堆砌得到，变换内容为改变网格高度和直径，堆砌方式为以基础层中心轴为旋转中心，沿逆时针或顺时针方向按照变位角φ进行错位堆砌，得到若干错位层；所述载体基体通过3D打印技术制造而成，所述有序多孔载体为所述载体基体上的微观介孔。

上述方案中，所述陶瓷光催化载体结构还包括紫外灯和反光内腔，所述载体基体和紫外灯安装于所述反光内腔中，所述紫外灯贯穿所述载体基体的中心孔安装。

上述方案中，所述反光内腔涂覆镜面层，镜面层的材料满足良好的反光性以及不参与光催化反应的要求；所述反光内腔形状为环形曲面结构，两端直径小于中间直径，形成凹面镜结构，可将光线进行聚集反射。

上述方案中，所述反光内腔的两端分别设置流体进口和流体出口，其中流体进口位于靠近所述载体基体基础层一端；所述载体基体、紫外灯、反应内腔、流体进口、流体出口、紫外灯支架的中心轴位于同一轴线上。