[发明专利]多孔钛表面氧化制备多孔二氧化钛块体材料的方法

说明书

本发明属于多孔金属材料与金属材料表面处理交叉领域，具体为多孔钛表面氧化制备多孔二氧化钛块体材料的方法，将造孔剂与钛粉以1：10～1:1的体积比进行配比，并进行机械混合，装入垫有碳纸的不锈钢模具中，将压好的坯料块体放置于真空干燥箱中造孔剂脱除；放置于可充入流动性气体的石英炉中，对多孔钛材料进行烧结，降温后向炉体中以100‑200mL/s的速率充入脱氧处理后的水蒸气；在多孔钛表面生成纯金红石型二氧化钛层；反应完成后，关闭水蒸气入口，对炉体降温至室温。本方法方法采用石英加热炉同时进行材料的烧结与表面水蒸气反应，以获得不同表面晶型的多孔二氧化钛材料。

技术领域

本发明属于多孔金属材料与金属材料表面处理交叉领域，是一种采用粉末冶金方法烧结制备多孔金属钛材料后再进行材料表面气氛处理的材料制备新方法，具体为多孔钛表面氧化制备多孔二氧化钛块体材料的方法。

背景技术

TiO₂光催化技术广泛应用于水源污染物的处理中，其主要通过生成的含氧自由基与水中的污染物反应达到降解的目的，对于环境激素具有十分有效的净化作用。对此，近年来各国科学家进行了深入研究，发现采用具有大比表面积、多孔的惰性吸附剂如沸石、SiO2、耐火砖等作为载体，来对水中极低浓度的污染物进行快速的吸附净化和表面富聚，可成为提高其光催化活性的有效途径之一。但由于吸附剂颗粒小，在溶液中直接使用仍需以悬浮体系进行，因此研究者开始尝试负载的方式进行TiO2催化剂的制备。而在具体的TiO₂负载方式上，目前主要有三大类。第一中是TiO₂固定法，具体又可分成两种形式：一是以烧结或沉积的方法直接将TiO₂催化剂沉积在反应器内壁，其反应速率较低、耐冲击性较差；另一种是填充式，即将半导体烧结在载体表面，然后将载体填充到反应器，这种方法可省去光催化分离、回收的繁冗过程，但烧结性能较难掌控，所制备的材料结构性能较差。第二类是溶胶一凝胶法，该方法利用钛的无机盐或钛酸酷类的水解制得TiO₂溶胶，然后将溶胶涂于片状载体上或将颗粒状载体浸入溶胶中，使其在100℃或自然状态下凝固，再在一定温度下烧结即可，但该方法工艺繁琐、材料烧结性能仍然难以把控，材料结构稳定性较差。第三种是粉体烧结法，其具体做法是将TiO₂粉末球磨到一定粒度，制成悬浮液，然后浸入载体，一定时间后取出，风干，再在600℃以下烧结。该方法由于二氧化钛粉体与载体间为附着状态，结合力较差，容易出现脱落，且烧结体稳定性不高，容易出现破坏。

基于此，申请者提出如可以利用粉末冶金技术当中的某些特殊制备特点，采用钛金属粉末直接烧结多孔金属钛块体与金属表面处理相结合的方法，来一方面大幅提高多孔TiO₂材料的力学性能与透光率，实现孔径可调以满足流体催化需求，另一方面大幅提高其表面性能。与本方法相类似的工艺主要有以下已有专利报道：

现有技术方案一(单纯用于制备多孔钛材料)

首先通过“电极感应熔化气体雾化法”制备纯钛或钛合金粉末，然后采用冷轧法将充分混合的钛或钛合金粉末和造孔剂成型，最后将成型后的粉末块体在1000℃～1400℃进行烧结而获得孔径为10μm～500μm，孔隙率为10％～50％大尺寸多孔钛或钛合金材料。通过控制钛或钛合金粉末和造孔剂颗粒的大小、轧制工艺等工艺参数来调节多孔材料的孔隙率及孔径大小，从而获得大尺寸钛或钛合金多孔材料。但该方法设备为常规轧制设备和粉末烧结设备，工艺简单，成本低，但只针对制备多孔钛基体材料，未提出在此基础上多孔二氧化钛材料的制备，且存在孔隙率偏低、造孔剂杂质残留等问题。

现有技术二(阳极氧化法制备多孔二氧化钛)