[发明专利]二氧化钛光催化薄膜的低温成膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛光催化薄膜的低温成膜方法。

背景技术

1970年初，Fujishima和Honda在实验中发现TiO₂单结晶电极在受到光的照射后能够产生光氧化反应和光还原反应，并将水分解成氢和氧，之后此项研究继续发展至今。光触媒实际应用到各项领域是在最近几年，由于TiO₂本身具有催化活性高、化学稳定性好、价格低廉、使用安全及制备的薄膜透明等特点，作为新一代的环境净化材料，它已得到广泛应用，特别是在环境污染治理上的应用，得到迅猛地发展。

最初，TiO₂光催化材料的研究多在悬浮体系中进行，粉末状氧化钛用作水处理时，由于使用的是微粉或是超微粉，用后需要作过滤回收，存在过滤材料的堵塞或过滤不净等问题；并且粉末状氧化钛的回收困难，使得水质净化作业连续性较差，影响处理效率。为了克服粉末状光催化剂的缺点，使用的方法之一是用粘合剂将粉末状氧化钛固定到基片上，但由于粘合剂将粉术颗粒的大部分覆盖，只有一部分露出表面，而露出表面的部分才是光触媒的有效部分，因此该法的应用也受到了很大的限制。直接在基材上做成氧化钛膜是目前被广泛采用的另一种方法。该薄膜已在多种基材如陶器、玻璃、不锈钢、纤维、纸、木材、无织布、塑料、树脂板等表面得到应用，由于其全表面积都是氧化钛膜，存在表面积大、光触媒活性高等优点，其研究对工业应用更具实际意义。

已有的制备二氧化钛薄膜的方法很多，传统方法是将TiO₂溶胶涂覆在基材表面，经高温(500-600℃)煅烧而成，这就限制了TiO₂薄膜在许多不耐热性基材如塑料、织物等表面上的应用。因此，开发光活性纳米晶体TiO₂薄膜低温制备技术，对拓展光催化技术的应用领域，降低生产成本尤为重要。已有的低温成膜技术主要为：低温水热结晶法，紫外光辐照法，机械压膜法，电泳沉积法，直接沉积法，改性溶胶-凝胶法等。其中，改性溶胶-凝胶法是比较常用的方法，此法有设备简单、基材不受限制、操作温度低等优点，但该法制备周期较长，通常需要十几小时到几天，且制备出的二氧化钛薄膜的光催化性能也不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在非耐热基材上制备二氧化钛薄膜的方法，该方法采用在基材上涂布氧化钛溶胶后，直接或经稍微干燥后，用高频电场微波照射加热在基材上快速形成氧化钛薄膜。由于加热温度低，可在纸张，布及塑料为基材的非耐热基材上制备二氧化钛薄膜，薄膜具有很高光催化活性。

本发明提出的技术方案是，二氧化钛光催化薄膜的低温成膜方法，该方法是用溶胶凝胶法制备二氧化钛溶胶，选用钛酸异丙酯作为前驱体，在基材上涂布二氧化钛溶胶后，直接或经稍微干燥后，用频率为300MHz-30Ghz的高频电场微波照射，加热到90-250℃，微波照射加热时间为1-30min，在基材上快速形成氧化钛薄膜，具体步骤为：

二氧化钛光催化薄膜的低温成膜方法，其特征在于，该方法是用溶胶凝胶法制备二氧化钛溶胶，选用钛酸异丙酯作为前驱体，在基材上涂布二氧化钛溶胶后，直接或经稍微干燥后，用频率为300MHz-30Ghz的高频电场微波照射，加热到90-250℃，微波照射加热时间为1-30min，在基材上快速形成氧化钛薄膜，具体步骤为：

(1)二氧化钛溶胶的制备：

将10-50mL的无水乙醇和1-2mL的二乙醇胺加入到10-50mL的钛酸异丙酯中，再加入1-5mL的蒸馏水水解，搅拌制得淡黄色溶胶；四种物质的加入顺序依次为：钛酸异丙酯、无水乙醇、二乙醇胺、蒸馏水，混合搅拌后形成淡黄色均匀透明的溶胶；

(2)基材的选用：基材选用玻璃，陶瓷，塑料，木材，纸张，布，活性炭中的一种。

(3)二氧化钛薄膜的制备：

将制得的溶胶以涂抹工具滚压于基材上，直接用微波照射，或静置待表面稍微干燥后用微波照射加热1-30min，即在基材上制得所需二氧化钛薄膜，膜体平均表面温度控制在90-200℃之间。所述的高频电场微波频率为800MHz到3GHz高频电磁场照射，加热温度为100-200℃时，制备二氧化钛薄膜效果最佳。塑料为聚乙烯，聚乙烯氯乙稀，聚酯，聚丙烯，丙烯晴-丁二稀-苯乙烯共聚物，聚酰胺，聚四氟乙烯。基材的形状可为薄膜状，粒状，板状，球状，圆筒状或带角柱状。