[发明专利]一种光催化薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化领域，具体涉及为一种提高聚氯乙烯自清洁、杀菌性能和各种金属表面防污性能的以环氧树脂为过渡层的光催化薄膜及其制备方法和应用。通过水热合成原位生长法以及浸泡还原法在聚氯乙烯表面或者环氧树脂表面制备了负载金属银的氧化铋异质结光催化薄膜。光催化薄膜在可见光照射下，薄膜产生超氧、电子、空穴等自由基将薄膜表面附着的有机污染物以及微生物杀灭，进而分别提高聚氯乙烯表面的自清洁以及抗菌性能和以环氧树脂为过渡层的金属防污损性能。本发明工艺简单，易于控制，成本低廉。对于聚氯乙烯，拓宽了聚氯乙烯表面杀菌薄膜的制备方法。此外，在保证聚氯乙烯杀菌性能的同时，赋予自清洁效能。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体涉及为一种提高聚氯乙烯自清洁、杀菌性能和各种金属表面防污性能的以环氧树脂为过渡层的光催化薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

通过直接接枝季铵盐基和间接嵌入纳米粒子、抗菌聚合物和石墨烯基材料而具有强杀菌性能的聚氯乙烯材料因其优异的力学性能、低成本和普及性而被应用于生活中，这些膜对微生物有一定的抑制作用。然而，抗菌表面由于其固有的表面能低，不能降解有机污染物，不能阻止粉尘的附着，污染物的增加和积累会导致抗菌表面抗菌性能的下降或丧失。同样，附着在抗菌表面的死细菌也会产生同样的副作用。因此，理想的抗菌聚氯乙烯表面应具有抗菌和自清洁的性能。而对于金属材料在海洋等环境下使用时，会面临微生物附着而产生生物污损的问题。通过合理的手段在聚氯乙烯表面和金属表面制备一层薄膜解决上述问题具有重要意义。

在过去的几十年里，光催化作为一种简单、绿色、无特异性的空气净化和抗菌手段得到了广泛的应用。目前，为了在聚氯乙烯和金属表面制备光催化薄膜一类方法是将光催化剂聚合到另一种聚合物中，然后通过喷涂、沉积或光固化法制备于聚氯乙烯和金属基体表面。然而，这种薄膜制备方法存在两方面缺陷，一方面，光催化剂嵌入在聚合物中会影响聚合物的交联，从而降低聚合物复合材料的机械强度；另一方面，在光照射下，嵌入的光催化剂产生的强氧化性自由基可导致聚合物的光催化降解。因此，在聚氯乙烯和金属基体表面上直接制备光催化材料具有重要意义。另一类方法是在聚氯乙烯表面和金属表面直接制备光催化薄膜，采用的方法有化学气相沉积、物理气相沉积、磁控溅射等，但是具有更好晶粒大小和形貌可控性的水热原位生长法却没有使用过。此外，对于金属基体，由于目前大多数水热原位生长要求基体与光催化薄膜具有同种元素，因此使用与金属基体具有优异附着力强度的环氧树脂作为一个过渡层具有重要的意义。

半导体Bi₂O₃具有许多典型的特性，如制备简单、优异的光电导率等。而且Bi₂O₃有许多晶相结构，包括单斜α,正方β，体心立方γ和非化学计量结构，如Bi₂O_2.7，Bi₂O_2.33和Bi₂O_2-x等,在水热环境下可以形成具有均匀界面的异质结构。此外，Bi₂O₃在水热环境中形成的类似花状、真菌状等多种形貌结构可以增强吸收可见光的可能性。而对于BiOI半导体，具有优异的可见光吸收性能，BiOI和Bi₂O₃二者复合异质结结构，在调节光生载流子复合效率时还可以调节可见光吸收性能，因此具有比较好的性能。目前已知银粒子沉积在半导体纳米复合材料的表面能促进电荷分离，并且其能够释放银离子破坏微生物的细胞膜蛋白作为生物防污材料。上述银修饰的异质结材料目前只能做成粉末使用，在这里第一次在聚氯乙烯或者金属表面制备成薄膜进行使用。薄膜的使用首先可以减少粉末造成的粉尘污染，其次便于回收和进一步应用。因此，纳米银颗粒修饰的光催化薄膜具有许多潜在的应用前景；但在上述基体材料表面制备获得单一纯物质的光催化半导体材料还面临的一定的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高聚氯乙烯自清洁和杀菌性能以及以环氧树脂为过渡层提高各种金属表面防污性能的光催化薄膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实施：