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一种高粘附高分散的二光催化薄膜的制备方法

申请号 CN201710291473.5 申请日 2017-04-28 公开(公告)号 CN107020072A 公开(公告)日 2017-08-08
申请人 杨林; 发明人 杨林;
摘要 本 发明 公开了一种高粘附高分散的二 氧 化 钛 光催化 薄膜 的制备方法,该方法将有机 硅 树脂 镀 膜 在粗糙化的玻璃片上,其次,将二氧化钛镀膜在树脂层表面,最后,经过梯度加压密封加热反应与高温 烧结 反应,得到光催化薄膜材料。本发明的二氧化钛光催化薄膜具有良好的牢固性,满足 水 流冲击的要求,同时二氧化钛具有良好的裸露效果,具备良好的分散性。
权利要求

1.一种高粘附高分散的二光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在中浸泡10-15min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热10-15min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷直至完全溶解;然后密封加热反应1-3h,回流反应1-2h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
10-15次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应10-15h,然后放入弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其特征在于,步骤1中的碱水采用浓度为0.01-0.1mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为1-
3kHz,烘干温度为60-70℃。
3.根据权利要求1所述的一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其特征在于,步骤2中的有机硅采用环氧改性有机硅树脂,有机溶剂采用乙酸乙酯,所述树脂浸泡液中的环氧改性有机硅树脂的质量浓度为5-15%。
4.根据权利要求1所述的一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其特征在于,步骤2中的有机硅采用甲基有机硅树脂,有机溶剂采用乙醇,所述树脂浸泡液中的甲基有机硅树脂的质量浓度为3-12%。
5.根据权利要求1所述的一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其特征在于,步骤3中的密封加热反应的温度为65-70℃,烘干温度为70-80℃。
6.根据权利要求1所述的一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其特征在于,步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为2500-5000r/min,所述密封加热反应60-70℃,所述回流温度为65-75℃,所述减压蒸馏温度为70-75℃,压大气压的0.6-0.8。
7.根据权利要求1所述的一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其特征在于,步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为5-
10s。
8.根据权利要求1所述的一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其特征在于,步骤6中的加热反应温度为150-200℃,所述梯度程序为1.2-1.5MPa持续1-2h,1.8-
2.1MPa持续2-4h,2.5-2.7MPa持续1-3h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为350-400℃,烧结时间为6-9h。

说明书全文

一种高粘附高分散的二光催化薄膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于光催化技术领域,具体涉及一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法。

背景技术

[0002] 目前,二氧化钛光催化剂因具有稳定、无毒、价廉等优点而引起了国内外研究者的广泛关注,在废处理、空气净化、抗菌除臭、自清洁等领域具有广阔的应用前景。锐钛矿相单晶二氧化钛纳米片由于高能活性面(001)比例较大得到了很大的关注。理论和实验研究表明相较于其他活性面,(001)面能够更加有效地吸附反应物分子,促进催化反应的进行。
[0003] 目前采用的光催化剂固定化技术很多,其中粉末沉积方法由于工艺简单且制备的光催化剂活性较高而成为研究的热点。粉末沉积方法主要采用已有的粉末二氧化钛制成水或醇的涂覆液,载体经浸涂喷涂后干化,然后经过高温焙烧增加二氧化钛与载体之间的结合强度,形成粉末二氧化钛沉积的薄膜光催化剂,该固定方法的优点在于保持了原有粉末催化剂的高活性,但是牢固性很差。就算进行酸洗洗或者粘附剂粘附,其薄膜也不能满足目前实际应用的需要,经能在水流冲击下短时间内维持稳定,一旦轻轻擦拭即可脱落。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足之处,提供一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,二氧化钛光催化薄膜具有良好的牢固性,满足水流冲击的要求,同时二氧化钛具有良好的裸露效果,具备良好的分散性。
[0005] 为了解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在碱水中浸泡10-15min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热10-15min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷直至完全溶解;然后密封加热反应1-3h,回流反应1-2h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
10-15次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应10-15h,然后放入弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
[0006] 步骤1中的碱水采用浓度为0.01-0.1mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为1-3kHz,烘干温度为60-70℃;该步骤采用碱水作为微腐蚀剂,能够在玻璃基材表面形成腐蚀,起到表面粗糙化的效果;采用去离子水超声处理能够利用超声的震动与离合能,保证水冲击表面粗糙面,起到完全清洗的效果,以无水乙醇作为最后的浸泡液,不仅利用乙醇在60-
70℃下的快速挥发无残留的特性,而且利用去离子水与无水乙醇的混溶,去除粗糙面的水份残留。
[0007] 步骤2中的有机硅采用环氧改性有机硅树脂,有机溶剂采用乙酸乙酯,所述树脂浸泡液中的环氧改性有机硅树脂的质量浓度为5-15%;有机硅采用甲基有机硅树脂,有机溶剂采用乙醇,所述树脂浸泡液中的甲基有机硅树脂的质量浓度为3-12%。该步骤根据有机硅树脂与有机溶剂的选择,配置不同浓度的树脂浸泡液,不仅保证树脂的粘性得到稀释,保证其在玻璃片上形成薄膜结构,而且溶剂采用成膜性佳的液体,形成连续性膜层结构。
[0008] 步骤3中的密封加热反应的温度为65-70℃,烘干温度为70-80℃;该步骤采用密封加热反应的方式能够保证树脂浸泡液处于微沸状态,能够将玻璃片的粗糙表面完全接触,形成完整的树脂膜层。
[0009] 步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为2500-5000r/min,所述密封加热反应60-70℃,所述回流温度为65-75℃,所述减压蒸馏温度为70-75℃,压大气压的0.6-0.8;该步骤通过钛酸正丁酯在无水乙醇中的溶解形成二氧化钛的前驱液,在加热反应和回流反应过程中,钛酸正丁酯在乙醇微沸条件下转化为二氧化钛,同时打开乙醇分子对二氧化钛的包裹,便于聚乙烯吡咯烷酮的包裹。
[0010] 步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为5-10s。
[0011] 步骤6中的加热反应温度为150-200℃,所述梯度程序为1.2-1.5MPa持续1-2h,1.8-2.1MPa持续2-4h,2.5-2.7MPa持续1-3h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为350-
400℃,烧结时间为6-9h;该步骤通过加热的方式将树脂软化,同时升压的方式加压渗透,将聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛分子压入树脂中,形成压力渗透型薄膜结构;在150-200℃条件下,树脂与聚乙烯吡咯烷酮形成预氧化,并在最后的高温烧结中完全转化为气体,从而将树脂内硅粒子与二氧化钛和玻璃表面硅粒子形成架键,不仅能够起到良好的粘结效果,同时也保证二氧化钛裸露效果,保证了其光催化性能。
[0012] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:(1)本发明的二氧化钛光催化薄膜具有良好的牢固性,满足水流冲击的要求,同时二氧化钛具有良好的裸露效果,具备良好的分散性。
[0013] (2)本发明的制备过程中,钛酸正丁酯在聚乙烯吡咯烷酮条件下能顾回流形成聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛,具有良好的粒径效果,同时具有良好的分散性。
[0014] (3)本发明制备的二氧化钛光催化薄膜具有良好的耐化学性能,制备方法简单,适合大型化生产。附图说明
[0015] 图1为本发明实施例1的光催化剂的扫描电镜图。

具体实施方式

[0016] 下面结合实施例对本发明做进一步描述:实施例1
一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在碱水中浸泡10min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机硅树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热10min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解;然后密封加热反应1h,回流反应1h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
10次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应10h,然后放入马弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
[0017] 步骤1中的碱水采用浓度为0.01mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为1kHz,烘干温度为60℃。
[0018] 步骤2中的有机硅采用环氧改性有机硅树脂,有机溶剂采用乙酸乙酯,所述树脂浸泡液中的环氧改性有机硅树脂的质量浓度为5%。
[0019] 步骤3中的密封加热反应的温度为65℃,烘干温度为70℃。
[0020] 步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为2500r/min,所述密封加热反应60℃,所述回流温度为65℃,所述减压蒸馏温度为70℃,压力为大气压的0.6。
[0021] 步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为5s。
[0022] 步骤6中的加热反应温度为150℃,所述梯度程序为1.2MPa持续1h,1.8持续2h,2.5MPa持续1h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为350℃,烧结时间为6h。
[0023] 制备的二氧化钛光催化薄膜的扫描电镜图如图1所示,排列紧密,粒径分布均匀,基本没有团聚问题。
[0024] 实施例2一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在碱水中浸泡15min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机硅树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热15min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解;然后密封加热反应3h,回流反应2h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
15次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应15h,然后放入马弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
[0025] 步骤1中的碱水采用浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为3kHz,烘干温度为70℃。
[0026] 步骤2中的有机硅采用甲基有机硅树脂,有机溶剂采用乙醇,所述树脂浸泡液中的甲基有机硅树脂的质量浓度为12%。
[0027] 步骤3中的密封加热反应的温度为70℃,烘干温度为80℃。
[0028] 步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为5000r/min,所述密封加热反应70℃,所述回流温度为65-75℃,所述减压蒸馏温度为75℃,压力为大气压的0.8。
[0029] 步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为10s。
[0030] 步骤6中的加热反应温度为200℃,所述梯度程序为1.5MPa持续2h, 2.1MPa持续4h, 2.7MPa持续3h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为400℃,烧结时间为9h。
[0031] 实施例3一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在碱水中浸泡11min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机硅树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热11min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解;然后密封加热反应2h,回流反应1h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
12次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应10-15h,然后放入马弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
[0032] 步骤1中的碱水采用浓度为0.05mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为2kHz,烘干温度为68℃。
[0033] 步骤2中的有机硅采用甲基有机硅树脂,有机溶剂采用乙醇,所述树脂浸泡液中的甲基有机硅树脂的质量浓度为3%。
[0034] 步骤3中的密封加热反应的温度为68℃,烘干温度为78℃。
[0035] 步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为3500r/min,所述密封加热反应67℃,所述回流温度为70℃,所述减压蒸馏温度为73℃,压力为大气压的0.7。
[0036] 步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为7s。
[0037] 步骤6中的加热反应温度为180℃,所述梯度程序为1.3MPa持续2h,1.9MPa持续4h, 2.7MPa持续3h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为380℃,烧结时间为7h。
[0038] 实施例4一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在碱水中浸泡13min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机硅树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热13min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解;然后密封加热反应2h,回流反应2h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
12次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应14h,然后放入马弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
[0039] 步骤1中的碱水采用浓度为0.05mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为2kHz,烘干温度为64℃。
[0040] 步骤2中的有机硅采用环氧改性有机硅树脂,有机溶剂采用乙酸乙酯,所述树脂浸泡液中的环氧改性有机硅树脂的质量浓度为15%。
[0041] 步骤3中的密封加热反应的温度为68℃,烘干温度为75℃。
[0042] 步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为3500r/min,所述密封加热反应65℃,所述回流温度为68℃,所述减压蒸馏温度为72℃,压力为大气压的0.7。
[0043] 步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为7s。
[0044] 步骤6中的加热反应温度为180℃,所述梯度程序为1.3MPa持续1h,1.9MPa持续3h,2.6MPa持续2h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为370℃,烧结时间为7h。
[0045] 实施例5一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在碱水中浸泡14min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机硅树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热14min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解;然后密封加热反应2h,回流反应2h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
14次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应12h,然后放入马弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
[0046] 步骤1中的碱水采用浓度为0.08mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为2kHz,烘干温度为65℃。
[0047] 步骤2中的有机硅采用环氧改性有机硅树脂,有机溶剂采用乙酸乙酯,所述树脂浸泡液中的环氧改性有机硅树脂的质量浓度为8%。
[0048] 步骤3中的密封加热反应的温度为68℃,烘干温度为78℃。
[0049] 步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为4500r/min,所述密封加热反应68℃,所述回流温度为72℃,所述减压蒸馏温度为74℃,压力为大气压的0.7。
[0050] 步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为8s。
[0051] 步骤6中的加热反应温度为165℃,所述梯度程序为1.4MPa持续2h,2.0MPa持续3h,2.6MPa持续2h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为380℃,烧结时间为8h。
[0052] 实施例6一种高粘附高分散的二氧化钛光催化薄膜的制备方法,其步骤如下:
步骤1,将玻璃基材在碱水中浸泡13min,然后采用去离子水超声清洗,采用无水乙醇浸泡烘干,得到粗糙化的玻璃片;
步骤2,将有机硅树脂加入有机溶剂中,配置成树脂浸泡液;
步骤3,将玻璃片放入树脂浸泡液中,然后密封加热13min,然后取出烘干,得到树脂玻璃片;
步骤4,将钛酸正丁酯加入至无水乙醇中,然后搅拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解;然后密封加热反应2h,回流反应2h,自然冷却后,减压蒸馏得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化钛溶胶;
步骤5,将树脂玻璃片采用浸渍提拉方式浸泡至二氧化钛溶胶内,取出加热固化,反复
13次,得到多层负载玻璃片;
步骤6,将多层负载玻璃片加入反应釜中进行梯度加压的加热密封反应10-15h,然后放入马弗炉中进行高温烧结反应,得到二氧化钛光催化薄膜。
[0053] 步骤1中的碱水采用浓度为0.03mol/L的氢氧化钠溶液,所述超声频率为1-3kHz,烘干温度为68℃。
[0054] 步骤2中的有机硅采用甲基有机硅树脂,有机溶剂采用乙醇,所述树脂浸泡液中的甲基有机硅树脂的质量浓度为8%。
[0055] 步骤3中的密封加热反应的温度为68℃,烘干温度为75℃。
[0056] 步骤4中的钛酸正丁酯、无水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10:75:16,所述搅拌速度为4200r/min,所述密封加热反应68℃,所述回流温度为71℃,所述减压蒸馏温度为73℃,压力为大气压的0.7。
[0057] 步骤5中的浸渍速度为600mm/min,所述提拉速度为400mm/min,所述停顿时间为5-10s。
[0058] 步骤6中的加热反应温度为170℃,所述梯度程序为1.4MPa持续1h,1.8MPa持续2h,2.6MPa持续1h,3.0MPa持续至结束;所述高温烧结温度为390℃,烧结时间为8h。
[0059] 实施例7以甲基橙为模型污染物,365纳米的紫外灯为光源,测得的120分钟后实施例1制备的光催化薄膜对甲基橙的降解率为98.1%。
[0060] 对比例采用的德国进口P25材料,其对甲基橙的降解率为78.6%。
[0061] 该对比实验体现出本发明具有良好的光催化性能。
[0062] 以上所述仅为本发明的一实施例,并不限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。
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