[发明专利]一种玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体而言，涉及一种玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，利用半导体材料光催化降解有毒有害的污染物已成为比较热门的研究课题之一。该技术可以利用自然光源驱动化学反应，不仅能耗低、操作简便、反应条件温和、无二次污染，而且可有效地将有机污染物转化为无机小分子，达到深度矿化的目的。以二氧化钛为典型代表的半导体光催化技术在环境治理领域呈现出广阔的应用前景。它具有废水处理、空气净化、抗菌、除臭和自清洁等功能。然而TiO₂的带隙较宽，只能吸收λ≤387nm的紫外光，光能的利用率低。

另外，根据在光催化反应中存在的状态，二氧化钛分为悬浮型和负载型两种。悬浮型的二氧化钛粉体虽然活性高，但在处理液相污染物过程中存在易凝聚、难回收等缺点。这严重限制了光催化技术的实用化。因此，在实际应用中需要将二氧化钛负载在载体上。但二氧化钛一旦被固定，其吸附性能则明显下降，导致光催化活性不高；另外，在玻璃上负载二氧化钛的热处理过程中，玻璃中的钠离子迁移至二氧化钛薄膜使其光催化活性显著下降。如何提高负载型二氧化钛的光催化活性已经成为二氧化钛光催化技术推广应用的关键。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高催化活性的玻璃负载铜/铬离子双掺杂二氧化钛光催化薄膜的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

  一种玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜的制备方法，首先采用溶胶凝胶法在玻璃基片上镀上SiO₂薄膜，再利用溶胶凝胶法在镀有SiO₂薄膜的玻璃基片上制备铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜。

上述玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜制备方法，具体包括如下步骤：

（1）将洁净的玻璃基片匀速浸入配好的SiO₂溶胶中，以5cm/min的提拉速度垂直向上提拉基片，然后在60℃烘干，然后置于马弗炉中在500℃焙烧1小时，得到镀有SiO₂薄膜的玻璃基片；

    （2）将体积百分比为11.5 %的钛酸丁酯、78.7 %的无水乙醇和9.8 %的冰乙酸搅拌混合均匀，形成溶液A；根据摩尔百分比M_Cu：M_Ti=0.5%~3.0%和M_Cr：M_Ti=1.0%~6.0%，分别计算称量所需的三水硝酸铜和九水硝酸铬，将Cu(NO₃)₂·3H₂O和Cr(NO₃)₃·9H₂O溶解于70%乙醇中得到溶液B；将溶液A与溶液B混合搅拌30-50分钟，得到稳定的铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛溶胶；

（3）将镀有SiO₂薄膜的玻璃基片匀速浸入配好的铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛溶胶中，以5cm/min的提拉速度垂直向上提拉玻璃基片，接着在60℃烘干，然后置于马弗炉中在400℃-500℃焙烧1小时，得玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜。

上述玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜制备方法，其中所述的摩尔百分比M_Cu:：M_Ti=1.0%和M_Cr：M_Ti=2.0%。

上述玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜制备方法，其中所述的SiO₂溶胶按如下方法配制：按正硅酸乙酯：无水乙醇：水：H⁺=1.0：10.7：1.2：1.3的摩尔比量取正硅酸乙酯、无水乙醇、水和盐酸，混合搅拌均匀，得到稳定的SiO₂溶胶。

上述玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛光催化薄膜制备方法，其中所述的水为去离子水或蒸馏水。

    本发明和现有技术相比具有如下优点和显著的进步：

（1）本发明的玻璃负载铜/铬离子双掺杂纳米二氧化钛的薄膜光催化性能高。与纯纳米二氧化钛薄膜相比，亚甲基蓝的降解率提高了2倍。

（2）本发明的玻璃负载型光催化薄膜起活性作用的纳米锐钛矿二氧化钛的颗粒小，形状规则均匀。

（3）本发明的玻璃负载型光催化薄膜制备简单，膜层均匀，与玻璃附着力强，不出现脱落现象。