[发明专利]一种负载TiO2泡沫陶瓷及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环保技术及光催化材料制备领域，具体涉及一种负载TiO₂泡沫陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会发展和人们生活水平的提高，环境污染日益影响到人们的健康，而半导体TiO₂光催化材料对环境中各种污染物的显著去除效果已引起世界的广泛关注。目前，光催化剂大多在粉料状态下应用，大量的粉料堆积在一起，不仅使孔隙率降低，还会影响其使用性能，光催化剂的负载问题一直没有得到有效解决。

泡沫陶瓷作为一种具有许多优良特性的新型陶瓷材料，是继普通多孔陶瓷，蜂窝陶瓷之后发展起来的第三代多孔陶瓷产品，具有耐腐蚀、耐高温、低容重、高硬度、高强度及使用寿命长等优良特性，这些都是其他材料所无法比拟的。随着科学技术的发展，各种不同材质的泡沫陶瓷材料的不断出现及其性能的不断提高，被广泛应用于环保、能源、化工、生物等各个领域，引起了人们的高度关注。目前泡沫陶瓷被广泛用作冶金工业熔融态金属过滤材料（如钢水、铝、铜合金等）、汽车尾气净化材料、高级保温材料、工业污水处理材料、隔热、隔音材料等。

截止目前，很少有人报道在泡沫陶瓷上负载晶粒细小且孔隙及孔径分布均匀的高比表面积TiO₂薄膜的方法。公开号为CN102872892 A的专利公开了一种负载TiO₂泡沫陶瓷的制备方法，以泡沫陶瓷为基材，通过超声浸涂，低温锻烧制备负载TiO₂的泡沫陶瓷。该方法需要二次烧结，能耗大，且未考虑附着力问题。公开号为CN105110787 A的专利公开了一种以四钛酸钾为原料制备光催化泡沫陶瓷的制备方法，原料要求高，成本高。因而，寻求一种附着力好、光催化活性高的负载TiO₂的泡沫陶瓷的方法显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种负载TiO₂泡沫陶瓷及其制备方法和应用。通过二次挂浆的方法，将锐钛矿型或锐钛矿与金红石复合晶型的纳米TiO₂有效牢固地负载在泡沫陶瓷芯材上；所制得的泡沫陶瓷材料具有较高的光催化性能,在含有紫外线光的照射下,具有分解醛、苯类有害物质和/或含氮类有害物质和/或含硫类有害物质和/或有机溶剂类有害物质和/或脂肪酸类有害物质的能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种负载TiO₂泡沫陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

（1）纳米二氧化钛前驱体的制备；

（2）聚氨酯泡沫的预处理：依次采用氢氧化钠溶液和改性剂对聚氨酯泡沫进行预处理；

（3）一次挂浆：将预处理好的聚氨酯泡沫置于一次浆料中（使其自由伸展并不断挤压搅拌揉搓使浆料均匀地涂挂在聚氨酯泡沫上，去除多余浆料），得到一次挂浆素坯，干燥；

（4）二次挂浆：将纳米二氧化钛前驱体喷涂在干燥后的一次挂浆素坯上，得到二次挂浆坯体，干燥；

（5）烧结：将干燥后的二次挂浆坯体放入烧结炉中，经烧结，自然冷却后得到负载TiO₂泡沫陶瓷。

步骤（1）具体为：先使用液相法制备质量浓度为1~6%的过氧化钛水溶液，然后在过氧化钛水溶液中加入晶型转换控制剂纳米SiO₂，制得纳米二氧化钛前驱体；其中晶型转换控制剂的用量与过氧化钛的摩尔比为0.05~2:1。在纳米二氧化钛前驱体中加入晶型转换控制剂纳米SiO₂，解决了纳米二氧化钛在高温下晶型转换的问题，使其经过高温（800℃~1000℃）烧结后其晶型仍为锐钛矿型或锐钛矿与金红石复合晶型，保持了较高的光催化性能。

步骤（2）具体为：将孔径为0.3~0.8mm的聚氨酯泡沫置于10~20wt%NaOH溶液中，于60℃下处理1~2h，反复揉搓清洗，再将泡沫置于改性剂中浸泡12h，干燥备用；其中改性剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇。

步骤（3）中所述的一次浆料的制备方法为：将电熔氧化铝粉、磷酸二氢铝溶液和蒸馏水混合制成浆料，使浆料中固相含量为60~80%，磷酸二氢铝含量介于10~30wt%。以磷酸二氢铝为粘接剂，可在低温（800℃~1000℃）下制备氧化铝光催化泡沫陶瓷芯材。

步骤（3）中所述的干燥为120℃~150℃条件下保温6~24小时。

步骤（4）中所述的干燥为120℃~150℃条件下保温2~24小时。