[发明专利]基板固定型二氧化钛纳米线及其制造方法，及利用基板固定型二氧化钛纳米线的水处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及基板固定型二氧化钛纳米线及其制造方法，以及利用基板固定型二氧化钛纳米线的水处理方法。具体涉及到电喷射法和热压法将二氧化钛固定在基板上，从而，进行水处理时不必对二氧化钛进行分离回收，同时，能调节二氧化钛晶型比例呈最佳比例，使光催化活性达到最大限度的基板固定型二氧化钛纳米线及其制造方法，以及利用此基板固定型二氧化钛纳米线的水处理方法。 

背景技术

光催化剂是光(300~400nm)照射下引起催化反应的物质，光催化反应源于半导体通过吸收带隙能产生电子对和在界面上的电子跃迁。通过光催化反应，产生具有强氧化能力的氢氧根自由基和超级阴氧离子，将有机污染物质最终分解为水和二氧化碳。 

具有光催化效能的固体氧化物有ZrO₂、ZnO、SnO₂、V₂O₃、TiO₂等，CdS、WO₃等也能使用为光催化剂。利用率高的光催化剂物质，不仅要有很好的光学活性，而且没有光腐蚀性，使得其耐久耐磨性优异，同时，在生物学及化学上是非活性的，且其本身无毒性，对环境的安全性高。能满足上述光催化剂特征，且价格低廉、地球资源丰富的代表性产品就是白色粉末状二氧化钛(TiO₂)。 

通常二氧化钛在气相反应时以薄膜形态利用，液相反应时主要以胶体形态利用或在支撑体上被镀为薄膜使用。环境领域上二氧化钛的空气及水质净化技术开发和相关研究成为主流。尤其是，室内空气中的挥发性有机化合物(VOCs)及氮氧化物(NO_x)去除技术的开发非常活跃，达到了商用化步骤。 

相反，与水质净化技术相关的领域中，从1990年起进行了很多研究， 但目前尚没有一项技术成功实现商业化。其原因大体上可以根据两个背景来说明，首先，目前法律规定的污水废水处理的水质标准不太严格，以至于还不需要使用光催化剂。 

但是，将来预计会出现更多新的微量有害有机物质，而且地球因供水不足现象日趋严重，要通过改善水循环体系普及和扩大水的再生利用，因此目前的污水废水的生物学水处理实现高品质化的技术是有待于解决的课题。 

与此同时，水质净化技术领域上，光催化剂出色的处理效率虽然得到了论证，但不能被广泛使用的最大原因是它具有使用后难以从水中分离和回收的缺点。一般使用的光催化剂大小为50nm左右，在水中因粒子附聚(agglomeration)现象，其大小范围约为0.5~1μm范围内，为了氧化钛的回收再利用，为了水处理时完整回收氧化钛生产出干净的处理水，必须要求追加投入膜处理(membrane)等昂贵的技术。 

韩国授权专利第886906号当中，提出了具有纳米多孔二氧化钛表面的钛分离膜及其制造方法，但其缺点是纳米多孔表面发生的污染(fouling)导致不能连续运转，要求定期清洗。 

发明内容

本发明着眼于解决上述问题，其目的在于提供电喷射法和热压法将二氧化钛固定在基板上，进行水处理时不必对二氧化钛进行分离回收，而且能调节二氧化钛晶型比例为最佳，使光催化活性达到最大限度的基板固定型二氧化钛纳米线及其制造方法，以及利用此基板固定型二氧化钛纳米线的水处理方法。 

为了达到上述目的，本发明的基板固定型二氧化钛纳米线由二氧化钛纳米线固定在基板的步骤和二氧化钛纳米线晶型比例的调节步骤来完成；上述二氧化钛纳米线固定在基板的步骤由以下三个过程组成：包含二氧化钛前驱体的混合溶液及基板的准备过程；上述混合溶液经电喷射将二氧化钛纳米线镀在基板上的过程；通过热压处理将二氧化钛纳米线固定在基板上的过程：上述二氧化钛纳米线的晶型比例的调节步骤是，上述固定二氧化钛纳米线的基板经过后热处理来调节二氧化钛纳米线的锐钛矿型结晶 和金红石型结晶的比例。 

上述二氧化钛纳米线的晶型比例调节步骤当中，上述锐钛矿型和金红石型结晶的比例优选调节为8:2至7:3，上述后热处理温度可以是500~600℃。