[发明专利]一种用于空气净化器的纳米结构涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气净化器等环保领域，尤其涉及一种用于空气净化器的纳米结构涂层及其制备方法。

背景技术

在当今提倡环境友好、低碳经济、节能减排的大环境下，环保产业是我国重点扶持的方向之一，应用于空气清洁处理（典型的如空调系统空气清洁处理、垃圾焚烧处理烟囱内壁等）的光催化涂层技术是研发的重要方向。纳米结构的TiO₂具有较大的比表面积和量子尺寸效应等特点，其光催化性能优于微米级的TiO₂。利用TiO₂涂层在紫外光照射下产生羟基自由基（•OH）和超氧离子自由基（•O₂^-），从而有效降解大气中的污染物和杀灭细菌，具有极大的实用价值。

TiO₂涂层的传统制备方法主要有溶胶-凝胶法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、电化学方法等，传统的制备方法或者沉积率较低，或者技术较复杂、对原料和设备要求较高、成本昂贵，所以要想实现TiO₂涂层的大规模应用亟需开发出新的涂层制备方法。热喷涂是一种高效率、低成本制备大面积涂层的有效方法，然而，传统的热喷涂方法必须使用微米级粉末，且在热喷涂过程中由于粉末粒子经历高温作用导致TiO₂的晶型不可逆地由锐钛矿向金红石相转变，因此，传统的热喷涂方法难以获得高比表面积和高锐钛矿含量的涂层，TiO₂涂层光催化功能的发挥受到极大的限制。

液相热喷涂是将制备涂层的前驱体或悬浊液作为喷涂原料进行热喷涂制备涂层的工艺技术，这种直接沉积涂层的方法将粉末制备和涂层制备合二为一，大大简化了工艺步骤，且由于喷涂过程中液体的蒸发和挥发带走大量的热量，喷涂粒子经历的温度较低，液相热喷涂方法具有降低原料粒子颗粒长大和晶型转变的优点。从已经报道采用液相热喷涂方法成功制备出纳米TiO₂涂层，但从报道的结果来看，所制得涂层的附着力仍需进一步提高。此外，P25混晶型纳米TiO₂粉末由于两种结构混杂增大了TiO₂晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电子、空穴数量增加，使其具有更强的捕获在TiO₂表面的溶液组份（水、氧气、有机物）的能力。因此，运用液相热喷涂技术制备具有高效光催化性、高结合强以及良好的空气净化作用的纳米TiO₂涂层，解决在大气环境下产业化制备纳米结构薄膜的关键技术瓶颈，将带来极大的社会和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种用于空气净化器的纳米结构涂层及其制备方法，该涂层具有生产加工工艺简单，价格低廉，且生产过程完全没有废气、废水、废渣等“工业三废”的排放问题，是一种真正的绿色、环保、健康的光催化自清洁涂层。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种用于空气净化器的纳米结构涂层，其特征是：所述的涂层厚度约为10-50μm，所述的涂层中TiO₂为混晶型，主要是锐钛矿相和金红石相，且锐钛矿和金红石的质量比为70-90:10-30，所述的纳米结构涂层与基体之间有一层金属涂层作为过渡层，过渡层厚度为100-300μm。

所述的涂层基材是金属材料或陶瓷材料或有机材料或复合材料。

用于空气净化器的纳米结构涂层的制备方法包括如下步骤：

步骤1、配制混晶型纳米TiO₂喷涂液料：将平均粒度为20nm的TiO₂纳米粉末与去离子水和无水乙醇进行混合，并加入粘结剂搅拌均匀，使其成为分散均匀的悬浮液料，TiO₂纳米粉末晶型为锐钛矿相和金红石相，且锐钛矿和金红石的质量比为70-90:10-30；

步骤2、将基体进行清洗和表面粗化处理；

步骤3、在步骤2处理完的基体上采用热喷涂方法制备一层金属涂层作为过渡层；

步骤4、在金属的过渡层表面进行热喷涂制备纳米结构涂层：在金属的过渡层表面采用热喷涂方法，以乙炔为燃气、氧气为助燃气，将步骤1中配制好的喷涂液料用压缩空气雾化后，采用枪外送料方式输送到火焰根部，并且该雾化的喷涂液料的输送方向与热喷涂火焰轴向方向呈30-90°夹角，在金属过渡层表面制备厚度为10-50μm的TiO₂涂层。

所述的步骤1中，去离子水和无水乙醇的体积比为1-5:1。